近30年江西省茶葉春霜凍害風險分析與區劃

黃尚書，孫永明，吳 艷，何紹浪，余跑蘭，林小兵

（1.江西省紅壤研究所，江西 南昌 330046；2.江西農業大學 國土資源與環境學院，江西 南昌 330045）

江西是產茶大省。近年來，在省委、省政府一系列的茶葉產業發展方針和扶持政策指引下，形成了贛東北、贛西北、贛中和贛南這4大優勢產區，茶產業總體呈現出產業規模擴大、產業品質提高、區域優勢凸顯、經濟效益增加的良好發展態勢。據統計，2018年，江西省茶園面積達11.4萬hm2，遍布11個設區市90個縣（市、區），涉茶農業人口超過400萬，實現農業產值達64.88億元，顯然，茶產業已成為增收致富的重要來源。因此，將茶產業做大做強，對加快江西省生態文明試驗區建設，推進江西省生態優勢轉化為產業優勢和經濟優勢以及實現江西省綠色崛起和鄉村振興等方面具有重要的現實意義。

春茶品質最好，經濟效益最高，在茶葉生產中占據重要地位［1］。茶葉春霜凍害是指早春（3～4月）氣溫回暖，茶樹正處于生長期和春茶采摘關鍵期，此時降溫對茶樹生長影響較大并使茶芽受凍，造成春茶產量減少、品質下降的現象。不同區域由于氣候條件的差異，茶葉春霜凍害的標準也有所不同。Christersson等［2-3］認為，早春出現0 ℃以下低溫時，茶葉的新梢芽葉就會受到霜凍危害；李亞春等［4］在蘇南茶區茶樹春霜的研究中表明，日最低氣溫不高于2 ℃時茶樹將發生春霜凍害；更多學者［5-7］認為，日最低氣溫低于4 ℃時，已萌發的新梢茶芽因抗寒能力弱，極易遭受春霜凍危害。目前，相關學者對茶葉春霜凍害的研究主要集中在春霜凍害的時空分布特征［6-9］.、風險評估［10-13］和防御措施［14-17］等方面，取得了一定的研究成果，為我國茶葉產業健康、可持續發展提供了重要的理論依據和技術支撐。江西省地處中低緯度的過渡地帶，受氣候變化的影響，加上地形復雜多樣，使得江西省春霜凍害等氣象災害頻發，嚴重威脅著茶葉的安全生產，并造成重大的經濟損失。但目前對江西省春霜凍害的研究相對較少，僅李柏貞等［18］結合江西省旱災和凍害的發生規律，對江西氣象災害風險進行了評價與區劃，但還是缺少對江西茶葉春霜凍害的深入研究。因此，本文基于1991～2020年江西省26個氣象站點的氣象資料，分析了近30年來江西省茶葉春霜凍害的發生規律，對江西省的春霜凍害進行風險區劃，以期為江西茶產業的合理規劃布局提供理論依據，為江西茶葉春霜凍害的防御提供技術支撐。

1 材料與方法

1.1 數據來源

本研究所用的江西省26個氣象站點資源（1991～ 2020年逐日最低氣溫觀測資料）均來源于國家氣象信息中心（http：//data.cma.cn/）。根據江西茶葉的分布，將江西省分為贛南、贛中、贛東北、贛西北4個地區（表1）。

表1 江西省各氣象站的地理位置

1.2 研究方法

1.2.1 茶葉春霜凍害等級指標 根據相關研究結果［5-7］及氣象行業標準［19］，將3、4月的日最低氣溫（Tmin）≤4 ℃定義為茶葉春霜凍指標，并將其劃分為3個等級：輕度霜凍（2 ℃＜Tmin≤4 ℃）、中度霜凍（0 ℃＜Tmin≤2 ℃）、重度霜凍（Tmin≤0 ℃）。

1.2.2 春霜凍發生天數的變化傾向率 春霜凍發生天數與年份的線性回歸系數a，使其變化可用一次線性方程表示：

式（1）中，y為茶葉春霜凍發生天數（d），x為年份，a為回歸系數，b為回歸截距。以a×10為氣候變化傾向率，表示茶葉春霜凍發生天數平均每10年的變化速率（d/10 a）。

1.2.3 春霜凍害發生頻率 將每年3～4月早春霜凍日數≥1 d視為有春霜凍害發生的年份，則各等級春霜凍害發生頻率計算公式如下：

式（2）中：i表示霜凍等級，同一年份若各等級春霜凍害均有發生，以該年最嚴重春霜凍害確定其等級；Pi表示各等級霜凍害發生的頻率，ni表示各級早春霜凍害次數≥1的年數，N為資料總年數（本研究為30 a）。

1.2.4 茶葉春霜凍害風險指數 根據農業氣象災害風險原理，災害風險性大小主要由致災因子強度與頻率影響，根據相關研究［20-21］，茶葉春霜凍害風險指數計算公式如下：

式（3）中：I為茶葉春霜凍害風險指數，i=1、2、3，分別表示輕度、中度、重度凍害等級，Pi為茶葉春霜凍害i級凍害發生頻率，Li為第i級凍害對應災損系數，茶葉輕度、中度和重度春霜凍害的災損系數分別取0.3、0.5和0.7［22-23］。

1.3 數據處理

采用Excel 2010軟件進行氣象資料整理統計、相關指數的計算及圖表繪制，采用SPSS 17.0軟件進行相關性和顯著性分析，采用surfer 9.0軟件進行Kriging插值。

2 結果與分析

2.1 江西茶葉春霜凍日數的年際變化

江西省不同地區茶葉的春霜凍日數年際變化（圖1），1991～2020年江西省各地區春霜凍發生日數隨年份呈現出年與年、多年與多年之間的波動式變化，均呈現了下降趨勢。從不同地區來看，近30年來，江西省的年平均春霜凍害發生日數表現為贛南（1.36 d）＜贛東北（3.09 d）＜贛中（3.24 d）＜贛西北（5.81 d）；同時，江西省茶葉春霜凍害平均發生日數變異表現為贛南（1.12）＞贛東北（0.71）＞贛中（0.61）＞贛西北（0.43）；江西省茶葉春霜凍害發生日數從東南到西北呈增加趨勢，而茶葉春霜凍害發生日數的年際波動則呈變緩趨勢。通過進一步計算江西省各地區春霜凍害日數的年際變化趨勢發現，贛南、贛中、贛東北及贛西北的春霜凍害日數變化傾向率分別為-0.112、-0.82、-0.679、-1.37 d/10 a，全省平均為-0.847 d/10 a，其中贛中、贛西北及全省平均的春霜凍害日數變化呈顯著（P＜0.05）或極顯著（P＜0.01）線性關系，說明江西省茶葉春霜凍害發生日數總體呈顯著下降趨勢（P＜0.05）。

圖1 1991～2020年江西省不同地區茶葉春霜凍害天數的年際變化

2.2 江西省茶葉春霜凍害高發時段分析

由圖2可知，江西省各地區的茶葉春霜凍害主要發生在3月上旬，其中3月上旬茶葉春霜凍害發生天數占總發生天數的比例以贛南（69.33%）和贛東北（65.89%）較高，以贛西北最低（48.92%）；3月中旬各地區茶葉的春霜凍害發生天數占總發生天數的比例大致相當，為22.09%～25.32%；3月下旬贛中和贛西北有相當比例的春霜凍害發生，分別占總發生天數的13.11%和16.28%；進入4月份后，各地區茶葉春霜凍害發生的天數顯著降低，僅占總發生天數的0.61%（贛南）～9.47%（贛西北），其中贛南和贛東北在4月中旬和下旬無茶葉春霜凍害發生，而贛西北地區直至4月下旬還偶有茶葉春霜凍害發生（平均發生天數為0.03 d）。

圖2 1991～2020年江西省各地區茶葉春霜凍害天數的時間分布

2.3 江西省茶葉春霜凍害的發生頻率

根據式（2）計算了1991～2020年江西省茶葉春霜凍害的發生頻率（圖3）。江西省茶葉春霜凍害發生頻率平均為79.23%，江西省各地區茶葉春霜凍害發生頻率表現為：贛南＜贛中＜贛東北＜贛西北。從不同等級春霜凍害發生頻率來看，重度和中度春霜凍害的發生頻率均以贛南最低（分別為4.17%和17.50%），分別以贛西北（28.75%）和贛東北（32.78%）最高；輕度春霜凍害的發生頻率則以贛西北最低（30.00%），贛東北最高（34.17%）。總體來看，全省的茶葉春霜凍害以中、輕度為主，但贛西北的重度春霜凍害發生頻率也相對較高。

圖3 1991～2020年江西省茶葉春霜凍害的發生頻率

2.4 江西省茶葉春霜凍害氣候風險區劃

按照式（3）計算江西省茶葉春霜凍害風險指數（圖4）。江西省春霜凍害風險指數平均為0.36，春霜凍害的風險指數表現贛南（0.22）＜贛中（0.35）＜贛東北（0.38）＜贛西北（0.43），說明贛西北茶葉春霜凍害受災風險最高，贛中和贛東北受災風險大致相當，贛南受災風險最低。

圖4 江西省各區域茶葉春霜凍害的風險指數

根據風險指數計算結果，結合相關研究結果，將江西省茶葉春霜凍害風險劃分為基本無凍害區（I＜0.2）、輕度凍害風險區（0.2≤I＜0.4）、中度凍害風險區（0.4≤I＜0.6）、重度凍害風險區（I≥0.6）。采用Kriging法對江西省26個氣象站點風險指數進行插值，并根據經驗判斷，江西省茶葉春霜凍害風險區分類及區劃最終結果如表2所示。

表2 江西省茶葉春霜凍害的風險區劃

3 討論與結論

多數研究認為我國霜凍日數一致表現為下降趨勢［6，24-25］。本研究結果顯示，近30年來，江西省的年平均春霜凍害發生日數為3.71 d，茶葉春霜凍害以-0.847 d/10 a的傾向率顯著下降（P＜0.05），證實了以上相關研究結論，原因在于全球變暖背景下的江西省最低氣溫隨時間變化持續上升，進而影響了江西茶葉春霜凍害發生的平均日數。目前，對茶葉春霜凍害發生天數時段分布的研究鮮見報道。本研究結果表明：江西省3月上旬茶葉春霜凍害發生天數占總發生天數（3～4月）的48%以上，而3月中下旬也有相當比例的茶葉春霜凍害發生（占總發生天數的30.06%～41.61%），隨著時間的持續推進，氣溫回升，致使春霜凍害發生的天數持續下降。本研究認為，江西省茶葉春霜凍害的主要防控時段應在3月上旬，同時兼顧3月中、下旬。另外，贛西北地區進入4月份后春霜凍害發生天數占總發生天數的9.47%（約0.55 d/a），因此，對贛西北地區4月份的茶葉春霜凍害也需要給予一定的關注。

茶葉受凍的內因主要是低溫導致重嫩芽的細胞受損，而春季茶芽開始萌發，含水量較高，其中自由水含量比例升高，滲透勢降低，茶芽受凍的可能性提高［26］。從外因來看，茶葉凍害的發生頻率受季節、地理位置、地形等因素影響較大［27-28］。本研究表明，近30年來江西省茶葉春霜凍害的發生頻率相對較高，除贛南地區（55.83%）春霜凍害發生頻率相對較低外，贛中、贛西北及贛東北等地區春霜凍害的發生頻率均在75%以上；從不同等級春霜凍害的發生頻率來看，江西省大部分地區茶葉以輕度春霜凍害為主，各地區輕度春霜凍害的發生頻率均在30%以上，贛中、贛西北和贛東北這3個地區中度春霜凍害的發生頻率較高（＞27%），而重度春霜凍害主要是發生在贛西北地區，其重度春霜凍害的發生頻率為28.75%。可見隨著緯度升高，江西省茶葉春霜凍害的發生頻率和程度均呈增加趨勢，符合茶葉春霜凍害隨緯度變化的規律。另外，江西省的高山地區（如井岡山、廬山）較多，高山地區凍害發生頻率較高，海拔對茶葉春霜凍害的影響也不容忽視。計算江西省茶葉春霜凍害的風險指數發現，春霜凍害的風險指數表現為贛南＜贛中＜贛東北＜贛西北，也體現了緯度與茶葉受凍害風險的密切關系。根據阮錫章等［20］的研究及經驗判斷，本研究將江西省茶葉春霜凍害風險指數劃分為安全區（I＜0.2）、輕度凍害風險區（0.2≤I＜0.4）、中度凍害風險區（0.4≤I＜0.6）、重度凍害風險區（I≥0.6），并對江西省茶葉春霜凍害風險進行了區劃，為江西省茶葉春霜凍害的預測與防治提供了科學依據。

當然，本研究也存在一定的不足之處：只收集了江西省26個氣象站點的數據，開展的江西省茶葉春霜凍害風險分析與區劃存在精確度不高的情況。因此，江西省茶葉春霜凍害風險區劃圖只能反映整體大致情況，并不能精確反映每個地方的風險指數。