气象要素对青岛崂山茶叶产量影响分析

刘春涛，魏明明，郭丽娜

(1.山东省青岛市崂山区气象局，山东 崂山区 266102；2.山东省青岛市气象局，山东 青岛 266003)

1 引言

青岛崂山茶区位于我国江北茶区最北缘，20世纪80年代初大面积南茶北移引种成功，茶叶是崂山地区主要经济作物之一，目前范围遍布崂山区和李沧区东部、城阳区东部山区、即墨市东南部[1-2]。由于露天种植，茶叶产量很大程度上取决于气象因子，近年来很多学者对茶叶生产气候条件影响进行相关研究[3-6]。黄寿波[7]分析气象因子对茶叶产量、品质关系，确定茶叶生产中热量、水分及光照等指标；金志凤[8]对茶树种植适宜区划进行相关分析；杨俊虎[9]对气象因子与春茶产量进行灰色关联分析，了解春茶产量影响的主要气象因子；姜燕敏[10]对浙南春茶开采前后气象条件进行分析并建立开采期预报。但前人研究多集中在江南茶区，崂山茶区地属于中国茶树种植纬度较高的区域，气候条件与中国南方茶区存在明显的差异性，易受干旱、冻害、低温冷害等气象灾害影响，相关研究较少[11]。

本研究基于崂山区1994—2015年气温、降水量、日照时数、空气相对湿度等气象资料及茶叶产量数据，研究气候条件与茶叶产量的关系，筛选出对茶叶产量影响明显的气象要素，建立茶叶气象产量评估模型，论述崂山地区气候条件对茶叶产量的利弊影响，并提出了应对措施和生产建议，以期为进一步提高茶树产量、优化茶树生产及相关农业部门正确决策服务提供科学依据。

2 资料与方法

2.1 资料来源

本文选用1994—2015年崂山地区王哥庄街道崂山茶单产资料，产量资料来源于崂山区统计局。

气象资料选取王哥庄街道邻近的李村气象站逐日观测数据，包括气温、降水量、日照时数、空气相对湿度等。

2.2 产量资料处理

茶叶产量可分解为社会经济因素决定的趋势产量、气象因素决定的气象产量和偶然因素造成的随机产量[12-13]，即

Y=Yh+Ym+δ

(1)

式中，Y为实际产量，Yh为趋势产量，Ym为气象产量，δ为随机产量，随机产量通常可以忽略不计。趋势产量可以通过拟合函数从实际产量中分离出来，本研究采用5a线性滑动平均法拟合趋势产量，然后利用上式计算气象产量。

3 结果与分析

3.1 气象产量分离

利用直线滑动平均法，滑动时段长度取5a，模拟茶叶产量的时间趋势项序列，得到趋势产量，结果见图1。由图可见，茶叶趋势产量平稳上升，实际单产总体呈上升趋势，但存在波动起伏。从气象产量来看，实际单产的波动主要受气象产量影响，气象条件的利弊导致了气象产量的波动，进而影响实际产量的波动。

图1 1994—2015年青岛崂山茶叶产量变化趋势Fig.1 The variation curve of tea yield from 1994 to 2015 in Laoshan

3.2 关键气象因子选择及相关性分析

崂山茶叶生长的基本气象条件分析。崂山茶树具有喜温、喜酸、喜潮湿、耐荫、怕寒的特点[14]，产量形成受多重气象因子影响，热量条件是茶树生长发育的重要限制因子[15-16]。气温在15～25 ℃时，茶树生长较为迅速；22～23 ℃时，若水分和空气湿度条件适宜，茶芽的生长速度最快；若温度继续升高，则茶树生长速度逐渐缓慢[17～19]。茶树对低温较敏感，气温下降到10 ℃以下，茶树梢停止生长，严寒期遇-15～-10 ℃的低温，易得赤枯病[20]。茶树喜湿润，水分条件决定着茶树产量的高低和茶叶的品质，茶树生长发育要求年降水量为1 000～1 400 mm，在生长季节月降水量达100 mm就能满足茶树生长发育的需要[14]。此外，适宜的空气湿度对茶树生产极为有利，茶树生长阶段适宜空气相对湿度为80%～90%，小于50%时新芽生长将受到抑制，低于40%茶树将受害[20]。日照条件对于茶树的春茶采摘期、茶叶生长具有一定影响，但前人研究发现日照时数多与其他气象因子综合影响产量[21-23]。

根据以上茶树生长气候条件分析，本文分析了气象产量与多年各旬、月气象资料的相关分析，选取了相关系数较显著的8个因子，即旬平均气温、旬最高气温、旬最低气温、月降水量、月日照时数、月空气相对湿度的相关关系，另外考虑冬季低温灾害影响，引入前一年12月至当年2月日最低气温低于-10 ℃日数作为相关因子，将通过显著性检验的因子作为影响茶叶产量的关键气象因子。

结果显示， 5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均气温、9月平均气温、5月中旬—6月上旬平均最高气温、7—8月平均最高气温、12—2月日最低气温低于-10 ℃日数、7月日照时数、7—9月相对湿度与气象产量呈显著相关(表1)。其中5—7月中旬降水量与崂山茶产量相关性最大，为正相关，5月中旬—6月上旬平均最高气温相关性最小，为负相关。与崂山茶产量相关性为正相关，相关性由大到小依次为5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均气温、7—9月相对湿度、9月平均气温；与崂山茶产量相关性为负相关，相关性由大到小依次为12—2月日最低气温低于-10 ℃日数、7—8月平均最高气温、7月日照时数、5月中旬—6月上旬平均最高气温。

表1 关键气象因子及其与气象产量的相关系数Tab.1 The correlation coefficient of screened key meteorological factors with meteorological yield

注: *表示通过0.05水平的显著性检验。

上述气象因子对崂山茶生长发育具有明显的生物学意义，反映了崂山茶叶对光温水条件需求及可能影响气象灾害。崂山茶主要生长季在4月下旬—9月下旬，旺盛生长阶段在5—8月，此期间降水量情况对茶叶产量影响较大，因此水分条件与茶叶产量呈显著正相关关系。

5月上旬—6月中旬茶树处于春茶形成及采摘期，这是茶树一年中品质最好的阶段。6月下旬崂山茶树进入夏茶发育阶段，茶树虽然是喜温植物，但过高的温度也会对茶树产生不良的影响，易抑制茶芽生长，因此7—8月平均最高气温与茶叶产量呈显著负相关关系。茶树具备耐荫特性，需要较短的日照，日照时间太长、日照强度太强对茶叶生长不利，因此平地茶区可栽培防护林，减弱了太阳辐射强度，缩短日照时长。冬季气温过低易发生茶树冻害，严重时直接影响翌年茶树产量。

茶树生长发育中，芽叶对空气的湿度要求较高，崂山三面环海、全年以东南风为主，来自海上的暖湿气流带来充足的水汽，云雾日数多，所谓“高山云雾出好茶”，据统计崂山区沿海多年大雾平均日数为51.5 d，5—7月份大雾日数约占全年的50%；通常空气相对湿度在 80%～90% 时茶树生长发育良好，7—9月是崂山茶叶夏茶和秋茶的旺盛生长阶段，期间茶叶产量约占全年产量的2/3，故此期间空气相对湿度对茶叶产量影响具有积极作用。

9月平均气温与茶叶产量呈正相关关系。崂山区平均气温稳定通过22℃的终日平均在9月上中旬，崂山秋茶主要集中在9月。秋茶产量主要决定于热量条件，通常9月的平均气温越高，秋茶的产量就越高，反之产量有所降低。

3.3 茶叶气象产量通径分析

如当自变量数目比较多，且自变量间相互关系比较复杂时通常采用通径分析。影响崂山茶叶单产的气象因素很多，这些气象因子之间可能相关并且互相影响，利用通径分析可以帮助在众多气象因子中找到影响茶叶单产的关键气象因子，通径系数是没有单位的相对数，通径系数具有偏回归系数的性质，通径系数分析可以建立最优多元回归方程。

对8个关键气象因子进行通径分析，表2为各气象因子对产量的通径系数。由表可得，对崂山茶叶产量直接作用最大的是9月平均气温(正效应)和12—2月日最低气温低于-10 ℃日数(负效应)，其次是5月中旬—6月上旬平均气温，可见温度对崂山茶直接影响比较明显。直接影响最小的是7—9月相对湿度，虽然该气象因子与产量相关性良好，但是主要通过间接影响产生，间接影响为0.48。从间接影响系数来看，7—9月相对湿度对茶叶产量间接影响最大，其次是5—7月中旬降水量，二者皆为正效应。第三是7—8月平均最高气温，它与茶叶产量间接影响为较高负数，直接影响为较低的负数。

3.4 建立茶叶气象产量预测模型

进一步对崂山茶气象产量与气象因子进行多元线性回归，选取1994—2013年气象产量与以上气象因子建立预测模型，2014—2015年做预报检验，利用SPSS22.0建立的多元线性回归模型为：

Ym=0.049X1+26.575X2+42.439X3-17.149X4-11.222X5-20.618X6-0.244X7-638.321

(2)

表2 1994—2015年青岛崂山茶叶产量通径分析Tab.2 Path analysis of tea yield from 1994 to 2015 in Laoshan

(R2=0.66，P<0.1)

由(2)式可知，有7个因子引入模型，对建立的回归方程做统计检验：

查表分子自由度为7，分母自由度为12，信度α=0.1时，Fα=2.28，因为F>Fα,所以建立的多元线性回归方程效果显著。

3.5 崂山茶叶产量检验及预报

3.5.1 对1994—2013年历史产量资料检验 利用建立的模型对1994—2013年的历史茶叶产量资料的平均准确率进行检验[24]：

(3)

3.5.2 对2014—2015年茶叶产量预报检验 对2014、2015年做预报检验：把2014年的有关资料代入由(1)、(2)式，2014年预报值为:

通过方程检验、历史拟合及预报检验可知，选取以上 7个气象因子建立的崂山茶叶气象产量预测模型，一定程度上可以满足业务和服务需要。

4 结论与讨论

本文利用青岛市崂山区1994—2015年气温、降水量、日照时数、空气相对湿度等气象资料及崂山茶叶产量数据，首先从崂山茶叶产量中分离出了受气象因子影响的茶叶气象产量，并分析了茶叶气象产量与关键气象因子的关系，建立了崂山茶叶气象产量评估模型，主要分析结果如下：

①气象因子对崂山茶叶产量的影响起着重要作用，经过相关性分析和回归分析发现，崂山茶叶气象产量与5—7月中旬降水量、5月中旬—6月上旬平均气温、9月平均气温以及7—9月相对湿度具有显著的正相关关系。表明当5—7月中旬降水量偏多(少),5月中旬—6月上旬平均气温偏高(低),但是该时段最高气温偏低(高),有(不)利于崂山茶叶产量的增加。

②利用这些关键气象因子建立的影响茶叶气象产量回归模型，能够较好的拟合崂山茶叶气象产量。表明这7个气象因子是影响崂山茶叶产量的关键气象因子，可利用该模型开展崂山茶叶产量评估与预评估气象服务工作。

有上述结论可以看出,5—7月中旬降水量与崂山茶产量相关性最显著，为正相关，其次是12—2月日最低气温低于-10 ℃日数，为显著负相关关系。说明崂山茶叶喜湿润，干旱会导致茶叶的产量降低，生长期缩短，一旦发生旱情要及时采取遮荫、覆盖地表、浇水灌溉等方式及早降低灾情发展。说明崂山区冬季茶树对低温冻害较为敏感，实际生产中，遇到强寒潮天气、气候干燥，易导致茶蓬青枯，轻者使茶树深修剪，重者需要重修剪，严重影响春茶的产量。同时热量条件对崂山茶直接影响比较明显，如果热量条件差，茶叶生长受到制约，因此可选择抗寒、抗病性较强的优良品种。

本文仅仅对崂山茶叶气象产量与生育期内的平均气温、降雨量等气象因子进行了初步分析，对于其影响机理及其如何在气象服务中的应用还需要进一步的研究。

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