武夷山市岩茶品质气候适宜性分析*

吴 立 林 雯 黄川容 孙朝锋

(1.福建省气象服务中心，福建 福州 350008；2.莆田市气象局，福建 莆田 351100)

武夷岩茶属乌龙茶，是福建省名优茶之一，以其岩骨花香的岩韵品质著称，主产地位于武夷山市风景区范围内，品种主要包括大红袍、肉桂、水仙、白鸡冠等，2016年武夷岩茶种植面积达到14.8万公顷，精制茶总产量达到7400吨[1]，具有极高的经济效益。品质和产量是制约武夷山市茶产业发展的重要因素，其中品质的影响尤为突出，而影响武夷岩茶品质的因素主要包括气候、土壤、地形地貌和制茶工艺等[2-3]。茶叶品质的优劣主要取决于鲜叶质量的高低，研究武夷山市岩茶茶青品质的气候适宜性，对促进武夷山市茶产业的发展以及合理规划岩茶种植布局具有重要意义。

国内在武夷岩茶的品质方面已开展了多方面的研究，主要包括培火工艺[4-5]、施肥[6-7]、土壤[8-9]和生态环境[3,10]等因素对岩茶品质的影响研究，而气候对岩茶品质影响的研究却很少见。在气候适宜性方面，国内针对农作物气候适宜性已开展了大量研究，研究的作物种类涵盖粮食[11-12]、果树[13-14]、中药材[15-16]、花卉[17-18]等,而针对茶叶的气候适宜性研究相对较少，且主要集中在种植的气候适宜性分析，针对品质的气候适宜性更少。金志凤等[19]选取2个气象因子，研究了浙江省茶树种植的气候适宜性，并划分了不同的气候适宜区；赵辉等[20]通过构建综合区划指数，开展了河南省茶树的气候适宜性区划研究；张玮玮等[21]运用模糊综合评价法，开展了湖北省茶树的气候适宜性区划研究。而福建省研究茶叶气候适宜性的文献很少，仅有的一篇为余会康[22]研究了闽东9县市茶叶的气候适宜度变化特征。在研究方法上，多数研究在筛选气象因子时，采用定性论述来确定气候适宜性表征指标，指标构建的定量分析比较少见。鉴于此，本文专门针对影响武夷岩茶茶青品质的气候适宜性进行分析，构建了武夷山市岩茶品质气候适宜性指标，建立了气候适宜性评价模型，分析了武夷山市岩茶品质气候适宜性的时间变化特征，并利用GIS技术分析了岩茶品质气候适宜性的精细化空间分布特征，研究成果将弥补福建省武夷岩茶气候适宜性研究的空白，并为武夷山市岩茶的种植布局和开展岩茶气候品质认证提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 资料来源

气象资料来源于福建省气象信息中心，包括2010—2019年武夷山市9个自动站和1个台站的逐日平均温、最高温、最低温、降水量数据，武夷山市及临近县(市)10个自动站和4个台站的逐日湿度数据，武夷山市及临近县(市)13个台站的逐日日照时数数据。

武夷山市岩茶(肉桂品种)品质检验数据来源于福建省产品质量检验研究院，包括2018年和2019年10个采样点的春茶采摘期茶多酚、游离氨基酸总量、水浸出物、咖啡碱4项品质数据。

地理信息数据来源于国家基础地理信息中心，包括福建省高程模型(DEM)栅格数据和武夷山市乡镇行政边界，空间分辨率为30 m×30 m，网格的经度、纬度等地形数据采用ArcGIS软件通过投影转换、插值和裁剪等处理获得。

1.2 岩茶采样及品质检测

按照武夷岩茶的正岩区、半岩区、高山区、外山区、田里和洲茶的不同品质区选取武夷星茶业有限公司(以下简称N1)、武夷山市凯铭萱茶厂(N2)、武夷山市盛兴岩茶厂(N3)、武夷山市溪源茶业有限公司(N4)、武夷山市有华茶厂(N5)、武夷山市中连红生态茶业有限公司(N6)、武夷山市和茗生态茶业有限公司(N7)、武夷山市仙茗岩茶厂(N8)、武夷山市发旺茶厂(N9)、武夷山市道一茶业有限公司(N10)10个岩茶茶园采样点。

在2018年、2019年春茶(肉桂)采摘期，采摘一芽二叶，每个样本采摘春茶鲜叶重500g，蒸青烘干，总共获取样本数17个，集中送至福建省产品质量检验研究院检验。

1.3 岩茶品质的气候适宜性评价方法

(1)通过分析岩茶品质形成的主要生长时段及关键气象因子，构建影响岩茶品质的气候适宜性表征指标。

(2)采用层次分析法，定量计算或确定各表征指标的数值及权重。

(3)应用加权求和法，构建武夷山市岩茶品质的气候适宜性评价模型，对武夷山市境内生产的岩茶品质气候适宜性等级进行评定。

1.4 权重计算方法

采用层次分析法，按照不同岩茶品质气候适宜性指标的相对重要程度，对各指标进行打分，构建判断矩阵，对判断矩阵进行最大特征根和特征向量计算、一致性检验等获得权重[23]。

1.5 模型构建方法

根据影响岩茶品质的主要气象因子及其权重，采用加权求和的方法建立岩茶品质气候适宜性评价模型，计算岩茶品质气候适宜性指数。

(1)

式(1)中，TS为岩茶品质气候适宜性指数，xi为影响品质的各气候适宜性评价指标权重，Mi为气候适宜性评价指标的评价等级。

2 结果与分析

2.1 岩茶品质与气象因子相关性分析

茶叶优异的品质需要温度、湿度、光照等气象要素的配合。适宜的温度利于茶叶中氨基酸和芳香物质的形成；一定的气温日较差直接影响光合作用产物的积累和呼吸作用物质的消耗；而较高的湿度能够抑制纤维素的合成，保持茶叶鲜嫩；适宜的光照则能够促进茶多酚和氨基酸的形成和累积[24-25]。因此，综合考虑武夷岩茶的生育特性和影响武夷岩茶品质的气象因素，初步选取平均温、积温、有效积温、气温日较差均值、适温天数、雨日、平均湿度和累计日照时数8个气象因子作为气候适宜性指标。

根据各采样点的春茶采摘日期，统计各采样点萌芽至采摘期(约为采摘期前80天)的气象因子，以10天为间隔，即统计采摘日前80天、前70天……采样点的8个气象因子。其中，采样点的各采摘期下各时段的平均温、积温、有效积温、气温日较差均值、适温天数、雨日采用临近气象站对应数据，各采摘期下各时段的平均湿度和累计日照时数以武夷山及临近县(市)的气象站对应时段的数据与经纬度、海拔建立回归模型插值获得，插值模型总体复相关系数均在0.8以上，均能够通过5%的显著性水平检验，模型拟合效果较好。

采用酚氨比、水浸出物和咖啡碱作为岩茶综合品质的表征指标，并对各表征指标进行归一化处理，按照(2)式进行加权求和，得到岩茶综合品质指数。

I=0.5×a1+0.3×a2+0.2×a3

(2)

式中，I为综合品质指数，a1为酚氨比归一化序列，a2为水浸出物归一化序列，a3为咖啡碱归一化序列。

对岩茶综合品质指数和上述不同时间段的气象因子进行相关性分析(见表1)，确定影响武夷山岩茶鲜叶品质的关键气象因子和主要影响时段。

表1 岩茶综合品质指数与气象因子的相关系数

根据表1各时段气象因子与综合品质指数的相关性分析结果，结合对武夷岩茶品质的实地调研情况，确定出影响岩茶品质的关键气象因子和关键时段分别为采摘前70天有效积温、采摘前10天气温日较差均值、采摘前70天平均湿度和采摘前70天累计日照时数。

2.2 岩茶品质气候适宜性表征指标

通过岩茶综合品质指数与气象因子相关性分析确定的4个指标构成了影响岩茶品质的气候适宜性指标。采用百分位数法并结合资料查阅、生产调查、走访茶叶专家等方法，确定影响岩茶品质的气候适宜性指标等级(见表2)。

表2 岩茶品质气候适宜性表征指标及等级标准

2.3 岩茶品质气候适宜性表征指标权重

用层次分析法确定影响岩茶品质的气候适宜性指标权重，通过咨询多位茶叶和气象专家对各表征指标进行打分，构建判断矩阵，如表3所示。

表3 影响岩茶品质的气候适宜性指标判断矩阵

对判断矩阵进行最大特征根和特征向量计算、一致性检验等获得权重，权重结果如表4所示。

表4 岩茶品质气候适宜性表征指标权重

2.4 岩茶品质气候适宜性评价模型

根据公式(1)建立岩茶品质气候适宜性评价模型如下：

TS=0.0775M1+0.2010M2+0.5205M3+0.2010M4

(3)

式(3)中，TS为岩茶品质气候适宜性指数，M1、M2、M3、M4分别表示采摘前70天有效积温评价等级、采摘前10天气温日较差均值评价等级、采摘前70天平均湿度评价等级、采摘前70天累计日照时数评价等级。

2.5 岩茶品质气候适宜性评价等级标准

采用自然断点法及结合武夷山市岩茶生产实际，将武夷山市岩茶品质气候适宜性评价等级划分如下：

表5 武夷山市岩茶品质气候适宜性评价等级

2.6 岩茶品质气候适宜性评价

利用各采样点2010—2019年的区域自动站气象数据，根据岩茶品质气候适宜性模型(式3)，计算获得2010—2019年各采样点的岩茶品质气候适宜性指数(见表6)。

从表6可以看出，10个采样点2010—2019年岩茶品质气候适宜性指数平均达到3.1，指数最高值出现在2018年的采样点N4，达到4.0，指数最低值出现在2011年的采样点N3和N7，达到2.3。总体以采样点N1、N4、N5、N6和N10的指数相对较高，2010—2019年平均在3.0以上，且以采样点N4和N6的指数为最高，2010—2019年平均为3.4；以采样点N7的指数为最低，2010—2019年平均为2.7。

表6 2010—2019年武夷山采样点岩茶品质气候适宜性指数

2.6.1 岩茶品质气候适宜性指数时间序列分析

统计武夷山市历年10个采样点的岩茶品质气候适宜性指数均值，绘制武夷山市岩茶品质气候适宜性指数时间序列图，如图1所示。

从图1可以看出，武夷山市岩茶品质气候适宜性指数近10年总体呈上升趋势，以2013年、2014年、2016—2019年相对较高，岩茶品质气候适宜性指数平均在3.0以上，其余年份岩茶品质气候适宜性指数相对略低，该结果与前期调研获得的武夷山历年岩茶品质优劣情况基本吻合。

图1 武夷山市岩茶品质气候适宜性指数时间序列图

2.6.2 岩茶品质气候适宜性指数空间分布

统计各采样点多年岩茶品质气候适宜性指数均值，采用ArcGIS软件中的协克里金插值法对气候适宜性指数进行空间插值，该方法相较于普通克里金插值法，具有可自定义添加其他影响因子的优点。本研究在协克里金插值法中添加经度、纬度和海拔三项因子，绘制武夷山市岩茶品质气候适宜性指数空间分布图，实现岩茶品质气候适宜性指数由点至面连续分布，如图2所示。

图2 武夷山市岩茶品质气候适宜性指数空间分布

从图2可以看出，武夷山市岩茶品质气候适宜性指数整体呈现出自东南部向西北部递增的分布特征。武夷山市绝大部分地域气候适宜性指数在2.8以上，达到适宜的评价等级，仅南部兴田镇的东南部部分地域在2.8以下。气候适宜性指数高值区主要位于武夷山市西北部，该区域海拔高，达到非常适宜的评价等级；通过茶叶品质实地调研，武夷山市生产的岩茶品质较优质的区域主要集中在武夷镇、星村镇和洋庄乡，与岩茶品质气候适宜性指数的空间分布特征基本吻合。

3 结论

本文基于武夷山市区域自动气象站资料以及岩茶品质检验数据开展气候适宜性分析，但由于品质数据年份较短，样本数量还不够大，建立的岩茶品质气候适宜性指数模型精准度还有待进一步提高，后期随着数据量的积累，将对模型进一步修订，完善武夷山市岩茶品质气候适宜性分析结果。

本文利用ArcGIS技术，采用协克里金插值法，添加经度、纬度、海拔三项因子，精细化开展武夷山市岩茶品质气候适宜性指数空间分析，指数空间分布特征与岩茶品质实际优劣情况基本吻合。但由于武夷山市地形条件复杂，境内山地丘陵较多，受局部小气候环境的影响，可能导致局部气候适宜性指数空间分析结果存在偏差，后期可通过进一步获取相关地形数据，例如增加对坡度、坡向等地形因素的分析，使气候适宜性指数空间分析结果更加精确。

本文得出“武夷山市总体的岩茶品质气候适宜性在适宜等级以上”的结论，这与实地调研的结果基本吻合，气候适宜性是气候影响岩茶茶青品质的主要因素，但岩茶品质还受到气象灾害的影响，如连阴雨、干旱、寒冻害等。另外，除气候条件以外，土壤、制茶工艺等因素都对岩茶品质造成影响，后期还需进一步深入研究。