冻害对山东省茶叶产量的影响评估

摘要：为科学评估山东省茶树冻害影响情况，将山东省茶树冻害分为越冬期和春茶期冻害两类，分别找出影响两类冻害发生的主要气象因子，通过多元线性回归分别建立了山东省茶树越冬期和春茶期冻害减产预测模型。经验证，所得预测模型准确率较高，可以用来指导茶农科学防冻，提高茶叶产量和品质，推动山东省茶产业高质量发展。

关键词：冻害；春茶；减产率；产量模型；影响评估

中图分类号：S571.1；S425 文献标识码：A 文章编号：1000－3150（2024）09-41-5

Evaluation of the Impact of Freezing Damage on

Tea Production in Shandong Province

ZHU Xiuhong1，2， ZHENG Fang3， TIAN Hongliang4

1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong， Ji'nan 250031， China;

2. Wulian County Meteorological Bureau， Wulian 262300， China; 3. Convenience Service Center in Xumeng Town，

Wulian 262315， China; 4. Wulian County Science and Technology Bureau， Wulian 262399， China

Abstract： In order to scientifically evaluate the impact freezing damage on tea plants in Shandong， the freezing damage to tea plants was divided into two categories： overwintering period and spring tea period. The main meteorological factors affecting the occurrence of the two types of freezing damage in Shandong were identified， and multiple linear regression was performed to establish prediction models for the reduction rate of freezing damage during the overwintering and spring tea periods in Shandong. The accuracy of the prediction models was verified to be high. The results indicate that forecasting models and influencing factors can be used to guide tea farmers to scientifically prevent freezing， improve tea yield and quality， and promote the high-quality development of Shandong's tea industry.

Keywords： frost damage， spring tea， production reduction rate， yield model， impact assessment

目前山东省茶园总面积2.7万hm2，年产值40亿元，是我国北方最大的茶叶产区。但山东冬季气候严寒，由于茶树喜温、喜湿的特性，自引种以来，每年都有不同程度的茶树冻害发生，轻者引起春茶减产，重者造成春茶绝收，甚至导致茶树冻死。茶树冻害分为越冬期冻害（在茶树秋梢停止生长至次年越冬芽重新生长的休眠阶段，遇到低温或寒潮天气，芽叶、枝条、茎部或根系受冻产生危害的现象）和春茶期冻害（茶树春季萌芽至采摘期间遇到倒春寒或剧烈变温，芽叶、枝条受冻产生危害的现象）两类，两者最终影响的是当年或次年春茶产量。

2012年发布的安徽省地方标准《茶树冻害气象指标》（DB34/T 1591—2012）与2020年发布的浙江省地方标准《茶树越冬期冻害等级划分指南》（DB33/T 2259—2020）均对南方茶树越冬期冻害进行了相关指标的定义及划分，但未包括春茶期冻害。2018年，中国气象局行业标准《茶树霜冻害等级》（QX/T 410—2017）发布，该标准对春茶期冻害进行了分级研究，但未包括越冬期冻害。同时上述标准主要以南方茶树为对象，未考虑山东省茶树特殊生物学特性。基于北方茶树引种以来已经过长达50多年驯化，抗冻能力已明显提升的事实，山东省茶树越冬期冻害指标已与上述标准中的指标存在明显差异，需要重新进行评估。

经查阅国内外相关文献，未见有对我国北方茶树冻害春茶减产率以及预测模型的相关研究或报道。本研究根据人工观测资料和茶园小气候观测站、实景长势观测站自动观测资料，分析历次茶树冻害成因，查找冻害相关性高的气象因子，分别建立山东茶树越冬期和春茶期冻害减产预测模型，为今后科学预测、评估茶树冻害造成的损失提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 冻害统计对象

山东省约60%茶园集中分布在日照市各区县；青岛市西海岸新区和临沂市莒南县共有茶园面积0.9万hm2，约占全省茶园总面积的30%，其他茶园零星分布在全省各地市。本研究选择5个茶树主产区县（日照市东港区、五莲县、莒县，青岛西海岸新区，临沂市莒南县）作为茶树冻害统计对象。

1.2 观测时间与地点

本研究于2019—2023年期间连续5年开展冻害观测，观测地点为山东省振承生物科技有限公司和山东省日照市五莲县富园春茶场。

1.3 资料来源

气象资料来自日照、青岛、临沂市气象观测站、茶园小气候站、茶树实景长势观测站。茶树冻害资料部分来源于日照市农业科学研究院，部分来源于现场调查。产量资料来源于日照市统计局、日照市农业科学研究院和实际调查。

1.4 冻害减产预测模型建立方法

基于文献检索法，结合观测资料、冻害调查、冻害观测试验、专家咨询、茶农座谈等方法，对山东茶区茶树越冬期和春茶期冻害进行成因分析，逐一分析山东省自1966年茶树引种成功以来28次重度以上冻害原因、减产情况、最低气温及持续天数等资料。根据春茶减产率（当某年的春季茶叶实际产量小于趋势产量时，实际产量与趋势产量的差占趋势产量的百分比）和气象条件关系，找出与减产率密切相关的气象因子，分别建立山东茶树越冬期、春茶期冻害减产预测模型，并进行验证。

2 结果与分析

2.1 北方茶树冻害气象指标

2.1.1 越冬期冻害气象指标

茶树越冬期冻害气象不同等级指标见表1，Tn为茶园日最低气温。

2.1.2 春茶期冻害气象指标

茶树春茶期冻害气象不同等级指标见表2，Tn为茶园日最低气温。

2.2 冻害对茶叶产量的影响

茶树受冻后导致的直接后果是根、茎、叶、芽等出现受冻症状，间接后果是春茶减产，本研究将造成春茶减产比例在30%以上的冻害定义为重度冻害。对1966—2023年共计58年间，山东省露天茶树越冬期和春茶期受冻情况分别进行统计，其中出现重度及以上越冬期冻害15次，出现重度及以上春茶期冻害13次。

日照市是山东省茶叶主产区，茶园面积约占全省茶园总面积的70%，其生产数据具有一定代表性。经查询2000—2022年日照市统计年鉴，发现其茶叶单产最高的年份为2019年（1 605 kg/hm2），茶叶单产最低的年份是2001年（840 kg/hm2），采用分离法将实际单产分为趋势产量和气象产量，其中趋势产量采用5年滑动平均法求得，获得2004—2022年逐年趋势产量，用单位面积实际产量减去趋势产量，得到气象产量，其中气象产量为正，说明冻害影响小或无冻害发生，气象产量数值越大，冻害影响程度越小；气象产量为负，说明冻害影响大，负值的绝对值越大，冻害程度越严重。2004—2022年日照市逐年茶叶气象产量统计见图1。从图可知，2010年、2011年、2012年连续3年气象产量为负，经查询冻害资料，2010—2012年连续3年发生春茶期冻害，其中2010年茶树越冬期同时遭受冻害，气象产量为负跟茶树冻害关系密切。另经查阅冻害观测资料和气象资料，2008年、2013年、2016年、2017年和2021年气象产量低也与茶树遭受冻害有关，但2005年和2022年气象产量低与干旱有关。

2.3 冻害茶叶减产预测模型

对越冬期冻害所导致的春茶减产率及越冬期的日最低气温和≤－10 ℃最长持续天数进行分析，建立越冬期冻害减产预测方程关系式；对春茶期冻害所导致的春茶减产率及春茶期的日最低气温和其出现日期分别进行分析，建立春茶期冻害减产预测方程关系式[5-7]。

y1=－aTn+bDay+c （1）

y2=－dTn+eDate+f （2）

式（1）中，y1代表越冬期冻害导致的春茶减产率，Tn为越冬期≤－10 ℃日最低气温，Day代表日最低气温连续≤－10 ℃最长持续日数，c为常数，a、b为系数。

式（2）中，y2代表春茶期冻害导致的春茶减产率，Tn为日最低气温，Date代表春茶期冻害发生日期与当年1月1日之间间隔天数，f为常数，d、e为系数。

2.3.1 越冬期冻害减产预测模型

将前12次越冬期冻害数据进行回归分析，建立预测模型。以越冬期冻害导致的春茶减产率作为因变量y1，以越冬期≤－10 ℃日最低气温作为自变量Tn，以日最低气温连续≤－10 ℃最长持续天数作为自变量Day，将因变量y1、自变量Tn和自变量Day进行二元线性回归[8-9]。计算结果表明，复相关系数R为0.949，R2为0.900，调整后的R2为0.878，F值为40.415，n1=2，n2=14－2－1=11，查F分布表知，F0.05=3.98，F远大于F0.05（3.98），表示方程回归效果显著。

建立越冬期冻害春茶减产率与≤－10 ℃日最低气温及日最低气温连续≤－10 ℃最长持续天数方程关系式。

y1=－0.148Tn+6.967Day+25.429 （3）

2.3.2 春茶期冻害减产预测模型

春茶期冻害主要由霜冻或结冰引起，3月下旬前后，山东茶区茶芽开始萌动，气温是影响茶芽萌动、新梢生长快慢的重要因子。在晴朗微风的夜晚，若气温低于5 ℃，茶园易发生霜冻；若日最低气温在0 ℃左右易发生结冰。霜冻或结冰均会对春茶萌发和产量造成不利影响。山东茶树春茶期抗冻能力大小与萌芽所处阶段密切相关，越冬返青后，春茶生长前期抗冻能力和冻后修复能力均比后期强。观测结果表明，3月抗冻能力>4月抗冻能力>5月抗冻能力。

将前11次春茶期冻害数据进行回归分析，建立预测模型，对2019年4月26—27日、2020年4月4—5日春茶期冻害进行预报检验。将春茶期春茶减产率作为因变量y2，将日最低气温作为自变量Tn，将冻害发生日与当年1月1日间的间隔天数作为自变量Date。将因变量y2与自变量Tn和Date进行二元线性回归[8-9]。计算结果表明，复相关系数R为0.944，R2为0.890，调整后的R2为0.863，F值为32.499，n1=2，n2=13－2－1=10，查F分布表知，F0.05=4.10，F远大于F0.05（4.10）。表示方程回归效果显著。

y2=－11.439Tn+1.306Date－62.327 （4）

3 冻害模型预测结果检验评估

对1966—2021年共计56年间山东省茶树遭受的14次越冬期冻害和13次春茶期冻害分别进行历史资料回代检验；对2020年12月至2021年1月越冬期冻害、2019年4月26—27日和2020年4月春茶期冻害分别进行冻害观测、调查检验[10]；选取2023年1月下旬越冬期冻害进行预测检验。

3.1 历史资料回代检验

对历年来14次越冬期冻害分别进行回代检验，将日最低气温及日最低气温≤－10 ℃持续天数分别带入式（3），总体误差平均值6.2%，误差较小，方程总体预测准确率93.8%。对历年来13次春茶期冻害分别进行回代检验，将日最低气温及冻害出现日与当年1月1日间的间隔天数分别带入式（4），总体误差平均值5.5%，误差较小，方程总体预测准确率94.5%。检验结果表明，山东省茶树越冬期和春茶期回代检验模型平均准确率94.15%。

3.2 实际冻害案例检验

3.2.1 越冬期冻害观测、调查检验

2020年12月29日至2021年1月2日山东省出现寒潮天气，山东省5个茶叶主产区县平均极端日最低气温－17.0 ℃，5个茶叶主产区连续4～5 d日最低气温低于－10 ℃，茶树受到不同程度冻害影响。2021年1月6—10日再次出现寒潮，青岛市西海岸新区极端最低气温－17.3 ℃；五莲县1月7日极端最低气温达－21.3 ℃，突破历史极值。2次越冬期冻害导致2021年露天春茶开采期延迟约20 d，露天春茶减产70%，部分地段绝产。

3.2.2 春茶期冻害观测、调查检验

2019年4月26—27日山东茶区发生倒春寒，刚开始采摘的露天春茶遭受霜冻危害，平原、低洼地段受冻尤其严重。山东省5个茶叶主产区连续2 d出现霜冻，4月26日最低气温均<4 ℃，4月27日最低气温在0～1 ℃之间。倒春寒发生时正是露天春茶集中大量开采时期，受冻茶园减产50%左右。

2020年4月山东茶区先后于4月4—5日、12—13日、22—24日遭受3次春季晚霜危害，接连受冻后茶树细胞恢复缓慢，受冻露天茶树直到5月中旬开采，春茶平均减产50%，部分减产70%。

经检验，山东茶树越冬期和春茶期3次实况冻害检验和模型预测结果基本一致。

3.3 气象实况代入检验

对2023年1月下旬越冬期冻害导致的2023年春茶减产率进行检验。经查询各地气象站实况资料，2023年1月24—29日山东省5个茶叶主产区县极端最低气温达－18.2 ℃，≤－10 ℃最长持续天数为6 d。代入公式（3），得出的减产率为69.9%。实际冻害结果是全省2023年春茶因冻害减产50%～70%。预测结论、实况回代均与实际情况吻合，模型预测准确率较高。

4 小结与讨论

山东茶区属于我国茶树栽培的次适宜区，1966年引种以来，茶树冻害一直是困扰山东茶叶生产的主要因素，茶叶常因冻害而减产甚至绝收。通过分析历年数据发现，山东省茶树越冬期冻害所导致的春茶减产率与茶园日最低气温及日最低气温≤－10 ℃最长持续天数关系密切，日最低气温越低，持续日数越长，冻害减产率越高。而山东省茶树春茶期冻害所导致的春茶减产与茶园日最低气温及冻害发生日期关系密切，日最低气温越低，冻害发生日期越晚，冻害减产率越高。

试验通过回归方程所建立的山东茶树越冬期和春茶期冻害预测模型通过多方检验，证明模型准确率较高，可以根据气象数据提前预测当年春茶减产程度，为茶农发布预警，帮助茶农提前进行茶园管理，挽回茶园经济损失。茶园冻害预警研究目前还尚有不足之处，今后将进一步推动建立健全茶园冻害监测、预报、预警长效机制，提高茶农防冻意识，指导茶农科学防冻，推动北方茶产业高质量发展。

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