皖南茶叶生长季气候资源变化特征及其影响分析

徐建鹏，伍 琼，王 晖

（1.安徽省农业气象中心，安徽 合肥 230031；2.安徽省农业生态大数据工程实验室，安徽 合肥 230031）

【研究意义】茶叶是安徽传统的经济作物之一，是重要出口创汇商品，已成为促进安徽广大山区农民增收、助力脱贫的重要支柱产业［1］。2019 年，安徽茶叶种植面积18.71 万hm2、占全国茶园总面积的6.1%，茶叶产量12.2 万t、占全国茶叶总产量的4.3%，茶叶一产产值达66.13 亿元，居全国前列。安徽茶叶种植主要分布在长江以南的皖南地区和长江以北的皖西大别山地区，其中皖南山区属于亚热带湿润季风气候，昼夜温差大，茶树生长平稳，利于茶叶品质的形成，中国十大经典茗茶中祁门红茶、黄山毛峰均产自该区［2］。近百年来，受人类活动和自然因素的共同影响，全球气候变暖，IPCC 第5 次评估报告指出，1880—2012 年全球地表平均温度升高0.85 ℃（0.65～1.06 ℃）［3］。农业是对气候变化最为敏感和脆弱的领域之一［4］，茶叶种植布局、生长发育、产量和品质形成受光温水资源的变化影响较大［5］，尤其气候变暖背景下，低温冰冻、高温热害等极端天气事件频发，严重制约茶产业的发展。因此，开展茶叶生长气候资源分析研究，对提升茶产业发展应对气候变化的能力较为重要。

【前人研究进展】近年来，众多学者围绕气候变暖背景下茶树生长气候资源进行了大量研究。吉文娟等［5］研究表明，近53 年西双版纳州茶叶生长季的平均气温和积温呈显著上升趋势，相对湿度呈显著下降趋势，降水量变化趋势不明显。李时睿等［6］指出江南茶区茶叶生产受高温、干旱、冰冻等恶劣天气的威胁明显加重，茶叶生产不稳定性增加。浙江丽水茶区具有冬暖春早，冻害少，春茶采摘早和雨热同步，春旱少，夏季热害少等气候资源优势［7］；李仁忠等［8］研究发现，气候变暖背景下，浙江春茶开采时间提前了8 d 左右，茶叶生产面临霜冻危害的风险加重。【本研究切入点】目前关于安徽省皖南山区茶树生长气候资源的研究相对较少，本研究拟用皖南山区近50年（1971—2019年）逐日平均气温、日照时数、降水量、相对湿度等气象资料，采用气候倾向率等方法，分析安徽省皖南山区茶叶热量、辐射和降水等气候资源时空差异性和空间分布特征。【拟解决的关键问题】通过研究皖南茶叶生长季气候资源变化特征，为皖南地区茶叶生产合理利用气候资源、科学应对气候变化提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

皖南山区（116°38′～119°37′E，29°41′～31°30′N）位于安徽省长江以南，东南与浙江相接，西南和江西相邻，北以沿江丘陵平原为界［9］。皖南山区属于亚热带湿润季风气候，年平均温度16℃左右，年降雨量为1 300 mm［10］。安徽省皖南茶叶主产区包括池州、石台、青阳、祁门等19 个市县（图1）。

图1 皖南茶叶主产区气象站点分布Fig.1 Distribution of meteorological stations in main production areas for tea in southern Anhui

1.2 数据来源

皖南山区19 个市（县）1971—2019 年的逐日气象数据来源于安徽省气象信息中心，主要包括日平均气温（℃）、日照时数（h）、降水量（mm）、相对湿度（%）等；1999—2019 年黄山、池州地区的逐年茶叶产量数据来源于黄山市统计年鉴（1999—2019）和池州市统计年鉴（1999—2019）。

1.3 研究方法

1.3.1 茶叶生长气候资源分析 一般情况下，茶树生长要求年平均气温≥13 ℃、≥10 ℃活动积温4 000 ℃以上、年降水量在1 300 mm 以上、空气相对湿度70%以上［8］。本研究以年平均气温、≥10℃活动积温等作为茶叶生长热量资源，以日照时数和降水日数作为光照资源，以降水量、相对湿度等作为降水资源。

1.3.2 气候倾向率统计 气候要素的趋势变化采用一次线性方程表示，利用最小二乘法拟合一元线性方程：

式中，X为气象要素变化率，t为时间，a为回归常数，b为回归系数，表示气象要素变化倾向率，其值正或负反映趋势上升或下降，b×10为气候要素倾向率，表示气象要素每10 年的变化率。

1.3.3 茶叶开采期调查 不同品种茶叶开采期参照李仁忠等［8］方法调查统计，即早生种茶叶开采期为日平均气温稳定通过8 ℃的初日，中晚生种茶叶开采期为日平均气温稳定通过10 ℃的初日。

气象数据采用Microsoft Excel 2013 进行计算处理，采用ArcGIS10.0 绘制地理分布图。

2 结果与分析

2.1 气象要素变化特征

2.1.1 茶叶生长热量资源变化特征 热量资源条件是茶树生长的重要限制性因子，决定茶树的垂直和纬向分布范围、生长期长短、发育期早晚，并对茶叶产量和质量产生重要影响［6］。

（1）平均气温。1971—2019 年皖南山区年平均气温为15.9 ℃，最大值为17.4 ℃（2007 年），最小值为15.3 ℃（1980 年），满足茶树生长对温度的要求。近50 年皖南山区年平均气温呈极显著增加趋势，增幅为0.29 ℃/10 年（图2A），其中西南部的芜湖县和西北部的东至县增温幅度较为明显、均在0.35 ℃/10 年以上，东南部的黄山市歙县和黟县增温幅度相对较小、均在0.2 ℃/10年左右。从空间分布来看（图2B），皖南山区年平均气温呈一定的经向差异，总体呈现西高东低，其中年平均气温高值区位于皖南山区的西北部和西南部、均在16.4 ℃以上，低值区位于中东部一带、不足16.0 ℃。从茶树生长对年平均气温的要求看，皖南山区各地均能满足。

图2 1971—2019 年皖南山区年平均气温（A）及空间分布（B）Fig.2 Time series（A）and spatial distribution（B）of average temperature in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

（2）≥10 ℃积温。茶树喜欢温暖的气候条件，一般要求≥10 ℃年活动积温4 000 ℃以上。1971—2019 年皖南山区≥10℃年平均积温为5 386 ℃，最大值为5 798 ℃（2018 年），最小值为5 043 ℃（1980 年），不同年份间≥10 ℃活动积温均能满足茶树生长对热量条件的需求。近50年皖南山区≥10 ℃平均积温呈极显著增加趋势，增幅为111.7 ℃/10 年（图3A），其中西南部的芜湖县和西北部的冬至县增温幅度较为明显、均在139.0 ℃/10 年以上，东南部的歙县和黟县增温幅度相对较小、均在82.5 ℃/10 年左右。从空间分布来看（图3B），皖南山区年平均≥10 ℃积温呈现一定的经向差异，由东向西逐渐增加，其中高值区位于南部歙县、屯溪等地，≥10 ℃年平均积温在5 500 ℃以上，低值区位于中东部的广德、宁国、太平、旌德等地，≥10 ℃年平均积温不足5 300 ℃。

围绕“生态优、村庄美、产业特、农民富、集体强、乡风好”的总目标，5个村均制定了《特色田园乡村建设试点工作方案》，坚持问题导向，确立建设任务，排出了2018—2019年的具体建设项目。2018年8月，首批省级试点丹徒区世业镇3个村庄25个项目全部启动。

图3 1971—2019 年皖南山区≥10℃积温（A）及空间分布（B）Fig.3 Time series（A）and spatial distribution（B）of accumulated temperature above 10℃in mountain areas of southren Anhui during 1971-2019

2.1.2 茶叶生长光照资源变化特征 光照时间的长短直接影响茶树的冬眠时段［12］，还对茶树生长、茶叶质量有较大影响。1971—2019 年，皖南山区年日照时数为1 787 h，最大值为2 197 h（1971年），最小值为1 490 h（2015 年）。近50 年皖南山区年平均日照时数呈极显著下降趋势，降幅为57.5 h/10 年（图4A）。从空间分布来看（图4B），皖南山区年平均日照时数分布不均，东部的宣城、绩溪、广德等地和西部的东至、北部的青阳年均日照时数均在1 800 h 以上，中部太平、石台、休宁等地年均日照时数相对较少，不足1 700 h。

图4 1971—2019 年皖南山区日照时数（A）及空间分布（B）Fig.4 Time series（A）and spatial distribution（B）of sunshine duration in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.1.3 茶叶生长降水资源变化特征 水分是保证茶树正常生长的基础条件之一，影响茶树新陈代谢的强度，直接影响茶叶的产量和品质［13］，自然降水是茶园水分最主要的来源。

（1）降水量。1971—2019 年，皖南山区降水量以波动为主，整体呈不明显增加趋势（图5A），增幅为13.7 mm/10 年。皖南山区位于长江中下游，降水资源丰富，大部地区年降水量在1 200 mm 以上，历年均值为1 553.3 mm，但年际间差异较大，年降水量最小值出现在1978年、为896.7 mm，最大值出现在2016 年、为2 284.6 mm。从空间分布看（图5B），皖南山区降水量均值区域间差异明显，由东北至西南呈增加趋势，最小值位于宣城、广德、郎溪等地，年均降水量不足1 400 mm；最大值位于屯溪、祁门、黟县、休宁等地，年均降水量在1 700 mm 以上。

图5 1971—2019 年皖南山区降水量（A）及空间分布（B）Fig.5 Time series（A）and spatial distribution（B）of precipitation in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

（2）降水日数。1971—2019 年皖南山区降水日数以波动为主，整体变化趋势不明显，年际间差异较大，年降水日数最大值出现在1977 年、为168 d，最小值出现在1995 年和2013 年、为123 和122 d。从空间分布来看（图6B），皖南山区降水日数均值区域间差异明显，由东北至西南呈增加趋势，最小值位于南陵、郎溪等地，年均降水日数不足135 d；最大值位于屯溪、黟县等地，年均降水日数在155 d 以上。

图6 1971—2019 年皖南山区降水日数（A）及空间分布（B）Fig.6 Time series（A）and spatial distribution（B）of precipitation days in mountain areas of south Anhui during 1971-2019

（3）相对湿度。相对湿度是影响茶叶品质的重要因素，通常在土壤水分适宜条件下，空气湿度高，新梢叶片大，茶叶持嫩性强，角质层薄，品质较为优良［6］。一般认为，空气相对湿度在70%～90%时茶树生长发育正常，当相对湿度低于50%对茶树生长发育不利［14］。1971—2019 年皖南山区年平均相对湿度历年均值为78.8%，最小值为73.6%（2011 年），最大值为81.6%（1977 年），不同年份间平均相对湿度均在茶树适宜生长区间内。近50 年皖南山区相对湿度呈极显著下降趋势，降幅为0.5%/10 年（图7A）。从空间分布来看（图7B），皖南山区年均相对湿度空间分布不均，差异明显，北部的青阳县和西部的祁门县年均相对湿度较高、均在80%以上，南部的绩溪、歙县等地年均相对湿度为76%左右。

图7 1971—2019 年皖南山区平均相对湿度（A）及空间分布（B）Fig.7 Time series（A）and spatial distribution（B）of average relative humidity in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.2 气候要素对茶叶生长的影响

2.2.1 茶叶开采期变化特征 1971—2019 年皖南山区早生种和中晚生种茶叶开采期均呈极显著提前趋势，平均每10 年分别提前4.2、3.6 d。近50年皖南山区早生种茶叶开采期历年均值为2 月22日，最早出现在2017 年的1 月20 日，最迟出现在2012 年的3 月13 日；中晚生种茶叶开采期历年均值为2 月27 日，最早出现在2009 年的2 月6 日，最晚出现在1985 年的3 月19 日（图8）。

图8 1971—2019 年皖南山区茶叶开采期变化Fig.8 Variation of the harvest dates of tea in mountain areas of southern Anhui during 1971-2019

2.2.3 气象因素对茶叶产量的综合影响 茶叶的单产量是不同气象要素综合作用的结果，不同气象要素对于提高产量的效应权重存在差异。因此，对气象要素与平均每667 m2茶叶产量进行逐步回归分析，得到的回归方程如下：

式中，x1、x2、x3、x4、x5、x6分别为平均气温、≥10℃积温、降水量、降水日数、日照、相对湿度。从回归方程可以看出，平均气温、相对湿度和降水日数的回归系数较大，是影响茶叶单产的主要气象因素。

图9 1971—2019 年皖南山区主要气象因素与茶叶产量关系Fig.9 Relationship between main meteorological factors and yield of tea in mountion areas of southern Anhui during 1971-2019

3 讨论

本研究分析了皖南山区与茶叶生长关系密切的热量、光照、降水等气候资源时空变化特征，以及气象因素对茶叶产量的影响。安徽省皖南山茶区气候资源较为丰富，其中年平均气温15.3～17.4 ℃，≥10℃活动积温5 386～5 798 ℃，适宜生长日数137～157 d，年日照时数1 490～2 197 h，年降水量896.7～2 284.6 mm，年平均相对湿度73.6%～81.6%，与长江中下游其他茶产区相比，皖南山区的热量条件、降水资源总体不如浙江、江西、湖北、华南等地，但光照资源较湖北、湖南、江西等地丰富［6,8］。从茶叶生长对气象条件需求来看，安徽省皖南山区热量、光照、降水等资源均满足茶叶生长对气候资源的需求［8］。

全球气候变暖背景下，近50 年皖南山区茶叶生长气候资源表现为热量资源显著增加，光照资源显著减少，降水量变化趋势不明显，相对湿度显著降低，其变化特征与吉文娟等［5］、李仁忠等［8］研究结论较为一致。气候变暖造成皖南山区早生种和中晚生种茶叶开采期提前，但随着开采期的提前，面临霜冻灾害的风险也相应增大［8］；日照时数持续减少，有利于茶树生长和茶叶品质形成［7-8］；降水量虽然呈增加趋势，但相对湿度降低趋势明显，对茶叶品质的形成有不利影响。此外，春霜冻［16-17］、高温干旱［18-20］等灾害也是影响茶树生长和茶叶品质、产量的重要因素。

4 结论

本研究结果表明，近50 年安徽省皖南山区茶叶生长热量资源明显增加，其中年平均气温、≥10℃活动积温和适宜生长日数均增幅分别为0.29℃/10 年、111.7℃/10 年和2.7 d/10 年；光照资源显著减少，年均日照时数降幅为57.5 h/10 年；降水资源变化不一，其中降水量呈增加趋势、增幅为13.7 mm/10 年，相对湿度明显降低，降幅为0.5%/10 年。气候变暖造成皖南山区早生种和中晚生种茶叶开采期显著提前，提前幅度分别4.2和3.6 d/10 年；气候变暖带来的平均气温、相对湿度的变化对皖南山区茶叶产量影响较大。