铁观音示范茶园立体气候特征及影响研究*

韦英英 林添水 张金超 杨丽慧

(1.福建省永春县气象局，福建 泉州 362600；2.福建省安溪县气象局，福建 泉州 362400；3.福建省气候中心，福建 福州 350000)

1 概述

茶叶作为最具中国特色的经济作物之一，在国内多个省市广泛种植，且种植历史悠久。其中，铁观音作为全国十大名茶之一，以其优异的品质和独特的茶香，深受大众喜爱。据历史记载，铁观音原产于安溪县西坪镇，规模逐渐发展壮大，至今安溪县西坪、祥华、感德、龙涓等乡镇均有大规模种植。安溪县已经连续九年被评为全国重点产茶县首位，拥有茶园面积60万亩，茶叶年产量6.8万t，涉茶总产值高达148亿元，占全国乌龙茶总产量的1/3，涉茶受益人口90多万人，茶叶收入占农民人均年收入的2/3以上；首摘全国茶叶类“中国驰名商标”，创造县级种茶面积、茶叶受益人口、茶叶平均单价、茶农人均收入等十多项全国第一。2009年，安溪铁观音连续第5年名列全国茶叶类区域品牌价值第一，品牌价值达1425亿元。众所周知，光照、温度、降水等气候资源的变化对茶叶种植布局、生长发育、产量和品质等均有较大影响。专家学者已经开展许多农业气候方面的研究[1-4]，但主要以水稻等大宗作物为主[6-8]。对茶叶气象方面的研究，多以气象灾害、种植区划等为主，而关于立体气候资源与茶叶品质的研究较少，特别是对铁观音的研究更加稀少。随着国际茶叶产销市场的激烈竞争，以及人民生活水平的不断提高，对茶叶质量的要求也越来越高。安溪作为铁观音的主要产区，每年的茶叶产量和品质直接影响农民的收入水平。2009年，安溪各乡镇全部完成区域自动气象站的安装，实时观测温度、降水、风等气象资料。开展主茶区立体气候特征及其对茶叶的品质影响研究，可以为安溪茶叶品牌建设加强科技支撑，增强茶产业竞争力。同时为合理利用茶叶气候资源、制定气候变化应对政策等提供技术支持。

2 资料来源

本文选取铁观音示范茶园不同海拔的6个气象观测站(分别位于感德、祥华、西坪、龙涓、芦田、尚卿)2009—2020年的逐日气象资料，气象站基本信息如表1所示。其中，逐日气象要素具体包括平均气温、最高气温、最低气温、降水量、相对湿度、平均风速等，以及乡镇茶叶龙头企业2009—2020年的茶叶总产值及茶叶品质等相关数据。

表1 铁观音主茶区气象站基本信息

3 主茶区立体气候特征分析

茶树的生长离不开适宜的地理环境和立体气候条件，降雨、温度、湿度、生长周期等气象要素受海拔高度影响，差异较大，从而影响茶叶的品质。我国茶叶生产有高山出好茶之说，高海拔气候条件一般雨量充沛，气候温和，云雾缭绕，空气流通好，光照强度和光质相对较好，湿度较大，而且昼夜温差较大，有利于茶叶有效物质的积累。而低海拔地区温度相对较高，不易形成雨雾，不利于茶叶有效物质的积累。

3.1 主茶区立体气候年特征统计分析

选取2009—2020年安溪6个主产茶区及安溪气象站本站的年平均气温、年平均日较差、年极端高温、年极端低温、年平均风速、相对湿度、降水量、暴雨日数、高温日数等相关气候要素，进行气候统计分析。

3.1.1 年平均气温

统计近12年的年平均气温可知(见图1)，各示范茶园历年平均气温在18.0～21.9℃之间，其中位于城关的安溪国家气象站整体气温最高(21.6～22.5℃)，芦田最低(17.4～18.5℃)。从时间变化特征可以看出，主产茶区年平均气温2009—2015年呈上升趋势，2015年后呈多波型。计算年平均气温与各气象观测站的海拔高度呈负相关，R2为0.921，说明年平均气温与海拔高度相关性较好，平均温度直减率达5.1℃/km。

图1 铁观音主茶区2009—2020年年平均气温分布

3.1.2 年极端最高气温

由表2可知，2009—2020年平均年极端高温方面，尚卿乡明显高于其他乡镇，城关次之，而芦田乡最低。极端高温的极大值出现在尚卿乡(2020年)，达41.0℃，连续的高温天气对茶叶生长等产生极大影响，高温曝晒容易使茶叶晒伤、引发茶树病虫害等。年极端高温的极值与茶园所处海拔高度呈负相关，R2为0.852，平均温度直减率达4.8℃/km。

表2 铁观音主茶区年极端最高气温 单位:℃

续表

3.1.3 年极端最低气温

由表3可知，近12年平均年极端低温方面，城关本站明显高于其他乡镇，尚卿乡次之。而祥华乡的年极端低温数值最低，达-3.9℃。年极端低温的极大值出现在西坪镇(2016年)，达-7.5℃，2016年的祥华乡次之。平均年极端低温与海拔高度呈负相关，R2为0.855，平均温度直减率达6.6℃/km。低温冻害天气对茶叶在萌芽期和展叶期的生长等产生极大影响。冬季茶树能忍受的平均年极端低温在-3℃以上，当最低温低于-5℃时，叶片将明显受损[9]。由此推算，当茶园海拔高度在750m以下时，较适宜茶树生长。

表3 铁观音主茶区年极端最低气温 单位:℃

3.1.4 年降水量

由图2可知，各乡镇的年降水量随时间变化特征基本一致，仅龙涓乡2018年出现明显差异。历年的年降水量在1480.4～1962.8mm之间。极端年降水量最大值出现在西坪镇(2016年，3298.2mm)，最小值出现在感德镇(2020年，882.6mm)。年降水量与海拔高度相关性较低，R2为0.244。其与茶园所处地形地貌相关，受茶园山脉的侧向和坡度影响，在迎风坡降水明显多于背风坡，喇叭口地形的茶园降水高于普通坡面。茶树喜湿忌涝，满足其正常生长的年降水量至少在1300mm以上，最适宜地区要求的年降水量在1500mm以上[9]。安溪各主茶区的年降水量均高于1500mm，仅2009年受气候影响，年降水量较历史同期明显偏少，影响茶叶品质。

图2 铁观音主茶区2009—2020年年降水量分布

3.1.5 年积温

一年内日平均气温≥10℃持续期间日平均气温的总和就是活动温度总和，简称积温。积温是研究温度与植物生长发育速度之间关系的一项指标，从强度和作用时间两个方面表示温度对生物有机体生长发育的影响。研究主茶区≥10℃的积温对茶叶气候影响研究有着重要作用。统计近12年安溪铁观音主茶区的年积温，从图3可以看出，各乡镇年积温随着时间变化趋势大体一致，2009—2011年略有下降，2012—2015年呈上升趋势，2015—2019年呈下降趋势，至2020年稍有回升。其中，西坪镇2009—2011年呈上升趋势，2011—2013年下降明显，2013—2019年稳步上升。而感德镇积温随时间变化波动较为频繁，年度差异也较大。统计平均年积温在6224.1～7928.3℃之间，近12年累计积温最大值出现在安溪城关本站(2015年)，达8181.8℃，最小值出现在芦田镇(2011年)，达5821.8℃。年累计≥10℃积温与海拔高度呈负相关，R2为0.932，年累计≥10℃积温与海拔高度相关性较好，积温直减率达2200℃/km。研究发现，当年累计≥10℃积温在6500℃时，铁观音生长适宜性好，即海拔低于685m时，有利于铁观音生长。

图3 铁观音主茶区2009—2020年年积温分布

3.1.6 年平均日最大风速

由图4可知，西坪镇和芦田乡的风速明显大于其他区域，祥华乡次之，而感德镇的年均风速最小。龙涓乡与尚卿乡由于数据统计年份较少，不做分析。年平均日最大风速与海拔高度呈负相关，且相关性一般，R2为0.784。这说明，虽然茶园海拔越高，相应茶园的日平均最大风速也会较高，但也与所处位置相关，相同茶园往往山顶的风力也会较山谷的大，当遇到台风或者雷达大风等恶劣天气，最大风速较大，往往会吹折茶叶树枝，甚至刮倒整颗茶树，从而损害茶叶的产量和品质。

图4 铁观音主茶区2009—2020年平均日最大风速分布

3.2 主产茶区关键期立体气候统计分析

统计各主茶区近12年春茶和秋茶采摘期前40d的各气象因子特征(表格略)。

3.2.1 春茶期立体气候统计分析

就日均温而言，随着采摘期的临近，平均气温稳步上升,在采摘日达到最大值。就日极端高温而言，最大值出现在尚卿乡(36.4℃)，最小值出现在祥华乡，达31.6℃。就日极端低温而言，最小值出现在祥华乡，达1.3℃。就降水量而言，最大值出现在2016年的芦田，达516.2mm。随着采摘日的接近，降水逐步减小，更有利于提升茶叶的品质。就平均气温日较差而言，各乡镇平均气温日较差在8℃左右，最大值出现在2011年的西坪镇，达14.8℃。就平均日相对湿度而言，各乡镇日均相对湿度在60%～90%之间，该阶段平均相对湿度最大值出现在祥华，达84.2%，最小值出现在安溪城关本站，达75.1%。

3.2.2 秋茶期立体气候统计分析

就日均温而言，随着采摘期的临近，平均气温稳步下降,在采摘日达到最小值。就日极端高温而言，最大值出现在西坪镇及安溪城关本站(39.3℃)，最小值出现在龙涓乡，达34.6℃。就日极端低温而言，最小值出现在尚卿乡，达5.3℃。就累计降水而言，最大值出现在2010年的芦田，达654.4mm。随着采摘日的接近，降水逐步减小，更有利于提升茶叶的品质。就平均气温日较差而言，各乡镇平均日较差在10℃左右，最大值出现在尚卿乡(2011年)，达16.2℃。就平均日相对湿度而言，各乡镇日均相对湿度在60%～90%之间，该阶段平均相对湿度最大值出现在尚卿(79.8%)，最小值出现在西坪(74.5%)。

3.3 主茶区灾害性天气气候统计分析

在萌芽期和生长期，暴雨倾盆而下，往往会损伤茶树的枝叶，茶园内涝会滋生各种茶叶病害，在茶叶采摘期，更使得茶叶的产量和品质大打折扣。温度对茶叶的香气、汤色和滋味等均有影响，而烈日高温容易引发茶树叶子的枯萎甚至灼伤，高温使得茶树生长环境中的空气湿度明显降低，造成茶树损伤，影响茶叶的产量等。研究铁观音主茶区的暴雨、高温气候变化特征，可以有效避免气象灾害导致的茶叶产量与品质损失。

3.3.1 暴雨日

由表4可知，各乡镇区域差异较大，从年总日数看，西坪镇最多(84日)，而尚卿乡最少(14日)，采摘期前40d的统计研究发现，春茶期远小于秋茶期，因8月末至10月初为台风及午后对流的集中期，容易发生暴雨天气。就地域而言，西坪镇暴雨日数最多，而尚卿乡暴雨日数远小于其他乡镇。产茶最多的西坪、感德、祥华等乡镇，暴雨日数较多。因此，做好暴雨的监测与预警，对保护茶叶的产量与品质意义重大。

表4 铁观音主茶区累计暴雨日统计 单位:d

3.3.2 高温日

由表5可知，尚卿乡累计高温(≥35℃)日数远大于各个乡镇，本站次之。其余5个乡镇，以感德镇(累计223日)为最多，祥华乡(7日)为最少。年累计高温日数与各气象观测站的海拔高度呈负相关，R2为0.924，说明年累计高温日数与海拔高度相关性较好，平均温度直减率达0.99日/km。研究高温对茶叶生产的影响，尤其对于尚卿乡、城关及感德镇等高温日数较多的区域尤为重要。

表5 铁观音主茶区累计高温日统计 单位:d

4 气候影响因子研究

4.1 年气候因子研究

通过现场调查示范茶园龙头企业负责人、访问茶叶专家等，对逐年茶叶品质的描述及打分，统计主产茶区6个示范茶园的铁观音茶叶品质等相关数据，对近12年各乡镇年度气候要素年总降水量、年总积温、年平均温度、年极端高温、年极端低温、年平均气温日较差、年平均相对湿度、年平均风速等进行相关性分析。

对近12年的茶叶品质与各气候要素进行显著性检验发现，年平均气温日较差和年平均风速未通过显著性检验(α=0.05)，其余要素均通过显著性水平检验(表格6)。

表6 适宜铁观音茶叶品质的年度气候要素指标

年降水量：传统茶学[10]认为年降水量≥1500mm时，适宜茶叶的生长。本次研究发现，在年降水量小于1500mm的年份，茶叶品质均较差。此外，当年降水量较12年平均值的距平百分率≥25%时，即年总降水量较历史同期偏多时，茶叶品质也较差。

≥10℃的年总积温：传统茶学[10]认为年总积温≥5000℃时，适宜茶叶的生长。本研究发现，主产茶区6个乡镇近12年的年总积温均超过5000℃，即安溪主茶区在积温方面的适宜度较高。此外，茶叶的品质与年总积温呈现正相关，即积温越大，越有利于茶叶生长和品质提升。

年平均温度：传统茶学[10]认为年平均温度在15～25℃之间，适宜茶叶的生长。统计发现，安溪主产茶区年均温均在17.2～21.1℃之间，较适宜茶叶生长。

4.2 关键期气候因子研究

本文以春茶采摘为例，统计出历年平均春茶的采摘期，对采摘期前60d、前40d、前30d、前20d、前15d、前10d、前5d、采摘期5d进行气候数据统计分析。由各气象因子表征表可知，就降水量而言，随着采摘期的靠近，降水量逐步减少有利于采摘，其中最关键的采摘期5天内无降水，利于茶叶品质的优异。挑选出采摘日5天内累计降水小于1.0mm的年份与茶园，茶叶品质均达到了优或特优等级。就平均气温而言，随着采摘期的靠近，平均气温逐步上升，采摘前60d至采摘前5d平均气温为15.2～19.4℃(芦田镇最低)、17.7～22.2℃(尚卿乡最高)；就日极端高温而言，各乡镇各年度分布不均，主要集中在采摘前60d至采摘前30d，随着采摘期靠近，极端高温略有下降；就日极端低温而言，随着采摘期靠近，极端低温逐渐上升；就日较差而言，采摘期前20d之后呈下降趋势，之后，随着距离采摘期越近，日较差又逐步上升，但采摘期前60d至前30d日较差较采摘期前20d至前5d稍高，年均日较差8℃左右；就相对湿度而言，随着采摘期的靠近，相对湿度逐步升高，到前10d时达最高(近12年各乡镇平均相对湿度85.2%)，之后又逐步减少，至采摘日5d的平均值最小；就日较差而言，随着采摘期的靠近，平均日较差从9.5℃逐步下降至采摘日前10d达到最小值9.0℃，而后缓慢回升至采摘期5d达9.4℃。

对近12年的茶叶气候品质与春茶季的各气象要素进行相关性计算(表格略)，并对其进行显著性检验(α=0.01)。发现采摘期前40d至采摘期5d的气象因子是影响茶叶气候品质的敏感时间段，其中采摘前40d至采摘期5d的累计降水、平均相对湿度和平均日较差均与茶叶气候品质明显相关。此外，与采摘前5d和前10d的极端高温呈正相关，与采摘前30d至采摘前15d的极端低温呈负相关，与采摘前40d的极端低温呈正相关，与采摘前30d的平均气温呈负相关。

4.3 气象灾害因子研究

4.3.1 暴雨

暴雨是茶树生长的主要气象灾害之一，暴雨易冲毁茶园的坝坎、沟渠，茶树会有被积水泡根的影响，根系溃烂，积水过后，土壤容易板结，茶树出现断枝断叶等“受伤”情况，进而影响茶叶的品质、产量等。研究暴雨对茶叶品质的影响，结合气候预测，有利于茶农茶企提前做好防御措施，使得茶园增产增收。

统计近12年各主产茶区暴雨日数可知(见表7)，西坪的暴雨日数远多于其他茶区，尚卿最少；茶叶品质与暴雨日数呈负相关。其中，2009年暴雨日数最少，而2009年各主产茶区的茶叶品质均在优及以上；2016年的暴雨日数最多，且累计值远多于其他年份，同年各主产茶区的茶叶品质均在良及以下。计算出近12年各茶区年平均暴雨日数(μ)及标准差(α)，定义在(μ-1.96α，μ+1.96α)区间上的暴雨日数为正常值，区间外则定义为异常值(出现的概率不超过0.05)。当暴雨日数超过μ+1.96α，则定义为暴雨日数异常偏多。近12年中，2010年芦田、2012年尚卿、2016年西坪的暴雨日数均异常，当年该茶区茶叶品质也达到低值。

表7 铁观音主茶区2009—2020年暴雨日数统计 单位:d

4.3.2 高温

茶树能耐最高温度是34～40℃，生存临界温度是45℃，夏季高温严重时将造成茶树枝叶枯焦甚至死亡。此外，茶园中空气的湿度较大，遇上持续的高温，容易引发病虫害，从而影响茶叶的品质。

统计近12年各主产茶区高温日数可知(见表8)，尚卿的高温日数远多于其他茶区，祥华最少。其中，2015年的高温日数最少，而2015年各主产茶区的茶叶品质均为优等级；2017年的高温日数最多。计算出近12年各茶区年平均高温日数(μ)及标准差(α)，定义在(μ-1.96α，μ+1.96α)区间内的高温日数为正常值，区间外则定义为异常值(出现的概率不超过0.05)。当高温日数超过μ+1.96α，定义为高温日数异常偏多。近12年中，2017年感德、尚卿的高温日数异常，当年该茶区茶叶品质也相对较低。

表8 铁观音主茶区2009—2020年高温日数统计 单位:d

4.3.3 干旱

干早也是茶树生长的主要气象灾害之一。气象干早是指由于降水长期亏缺和近期亏缺综合效应的累加，在干早指标上运用气象干早综合指数(以下简称MCI干早指数)，考虑近60d内的有效降水(权重平均降水)和蒸发(相对湿润度)的影响、季度尺度(近90d)和半年尺度(近150d)降水长期亏缺的影响，并考虑了不同季节、不同区域主要农作物对土壤水分的敏感程度。根据各地区站点逐日监测的气象干旱综合指数得出单站和区域干旱过程判别方法和标准(见表9)。

表9 气象干旱综合指数等级划分

因6个主产茶区气象站的降水量、相对湿度与安溪气象站相关性较好(表格略)，安溪国家级一般气象站1961年开始观测计算气象干旱综合指数(MCI)的相关气象要素：降水量、相对湿度。样本时间较长，具有很高的统计意义。因此选用安溪国家气象站代表安溪县域各茶区干旱的气候特征，按照MCI指数的标准等级进行统计分析。福建每年3月起降水明显增多，自4月底入汛，6月初出汛期。本文中当年次的干旱日数为前一年6月至第二年5月的累计干旱总日数。

由表10可看出，安溪2018年的干旱日数最多，达165天，其次是2015年，共126天。干旱日数超过100天的还有2008年(119天)、2012年(109天)和2010年(101天)，这五年干旱灾害对当年安溪铁观音的品质影响相对较大。2009年出现重旱以上级别的干旱灾害日数在近十年中最多，特旱等级干旱日只出现在2009年，造成特旱等级的5天发生在2009年6月8—12日；重旱等级的干旱灾害2018年发生的日数最多，达到54天，其次是2010年的39天。重旱等级干早灾害持续时间最长的为2017年秋季，持续时间达50天，从2017年9月24日一直持续到11月12日；中旱等级的干旱灾害2008年发生的日数最多，共出现61天，其次是2015年的53天。中旱等级持续时间最长为2009年的秋季，持续时间达到69天，从2009年的9月5日持续到11月12日；轻旱等级略。

表10 安溪2009—2020年各等级气象干旱日数统计 单位:d

4.3.4 低温冻害

安溪铁观音主产茶区的冬季及春季采摘期前气温偏低，严重影响幼龄茶树的生长发育。低温冻害主要分为越冬期冻害及茶树萌芽期冻害。其表征指标分别采用越冬期(12月上旬至2月上旬)、茶树萌芽期至展叶期(2月中旬至4月中旬)的日最低气温，依据轻度、中度、重度和严重4个量化等级(见表11)的划分来分析低温冻害对茶园茶叶的影响，结果分别见表12和表13。

表11 最低气温危险性表征指标等级划分

表12 铁观音各主茶区越冬期不同等级低温日数

表13 铁观音各主茶区萌芽至展叶期不同等级低温日数

由表12可知，铁观音主产茶区各年的越冬期(12月上旬至2月上旬)低温日数2009年、2014年、2016年和2018年较多，其中，祥华2014年最多，达到了18天，其次是祥华2011年(13次)。就低温程度而言，大部分以轻度低温为主，仅祥华、西坪和龙涓出现中度低温冻害。就各茶区累计日数而言，处于高海拔的祥华、芦田和西坪3个乡镇的茶区受低温冻害影响最明显。

由表13可知，铁观音主产茶区各年的萌芽至展叶期(2月中旬至4月中旬)低温日数和程度远低于越冬期的水平，以2014年最多、2010年次之、2018年再次之、2017年最少，其余年份均未出现低温冻害。就累计日数而言，芦田(9日)最多，祥华(8日)次之，其余乡镇较少。可见，萌芽至展叶期的低温冻害对芦田和祥华的茶区影响最明显。

5 结论与讨论

①年平均气温，各乡镇历年平均气温在18.0～21.9℃之间，2009—2015年呈上升趋势，2015年后呈多波动型。极端高温的极大值出现在尚卿乡的2020年，达41.0℃；年极端低温的极大值出现在西坪镇的2016年，达-7.5℃。近12年的年累计降水量各乡镇随时间变化特征基本一致，在1480.4～1962.8mm之间。近12年平均年积温在6224.1℃～7928.3℃，最大值出现在安溪城关本站的2015年，达8181.8℃，最小值出现在芦田镇的2011年，达5821.8℃。

②从立体气候统计上看，年平均气温、≥10℃积温、极端高温等气象要素与茶园所处海拔高度之间相关性较好，R2基本达0.85以上。与日最大风速呈正相关，相关系数略低，与年降水量和暴雨日数的相关性较小，其与茶园所处山体位置及地理形势密切相关。

③近12年示范茶园主要气象灾害的分布情况及对茶叶的影响：累计暴雨日数、年总日数西坪镇最多84日，而尚卿乡最少，仅14日；近12年累计高温日数，尚卿乡659日远大于各个乡镇。祥华乡最少，7日。采摘期前40d的统计发现，暴雨与高温日数春茶期远小于秋茶期。经统计，高温日数与茶园所在海拔高度呈负相关，R2为0.924，说明年累计高温日数与海拔高度相关性较好，平均温度直减率达0.99日/km。与暴雨日数相关性较差。