鐵觀音示范茶園立體氣候特征及影響研究*

韋英英 林添水 張金超 楊麗慧

(1.福建省永春縣氣象局，福建 泉州 362600；2.福建省安溪縣氣象局，福建 泉州 362400；3.福建省氣候中心，福建 福州 350000)

1 概述

茶葉作為最具中國特色的經濟作物之一，在國內多個省市廣泛種植，且種植歷史悠久。其中，鐵觀音作為全國十大名茶之一，以其優異的品質和獨特的茶香，深受大眾喜愛。據歷史記載，鐵觀音原產于安溪縣西坪鎮，規模逐漸發展壯大，至今安溪縣西坪、祥華、感德、龍涓等鄉鎮均有大規模種植。安溪縣已經連續九年被評為全國重點產茶縣首位，擁有茶園面積60萬畝，茶葉年產量6.8萬t，涉茶總產值高達148億元，占全國烏龍茶總產量的1/3，涉茶受益人口90多萬人，茶葉收入占農民人均年收入的2/3以上；首摘全國茶葉類“中國馳名商標”，創造縣級種茶面積、茶葉受益人口、茶葉平均單價、茶農人均收入等十多項全國第一。2009年，安溪鐵觀音連續第5年名列全國茶葉類區域品牌價值第一，品牌價值達1425億元。眾所周知，光照、溫度、降水等氣候資源的變化對茶葉種植布局、生長發育、產量和品質等均有較大影響。專家學者已經開展許多農業氣候方面的研究[1-4]，但主要以水稻等大宗作物為主[6-8]。對茶葉氣象方面的研究，多以氣象災害、種植區劃等為主，而關于立體氣候資源與茶葉品質的研究較少，特別是對鐵觀音的研究更加稀少。隨著國際茶葉產銷市場的激烈競爭，以及人民生活水平的不斷提高，對茶葉質量的要求也越來越高。安溪作為鐵觀音的主要產區，每年的茶葉產量和品質直接影響農民的收入水平。2009年，安溪各鄉鎮全部完成區域自動氣象站的安裝，實時觀測溫度、降水、風等氣象資料。開展主茶區立體氣候特征及其對茶葉的品質影響研究，可以為安溪茶葉品牌建設加強科技支撐，增強茶產業競爭力。同時為合理利用茶葉氣候資源、制定氣候變化應對政策等提供技術支持。

2 資料來源

本文選取鐵觀音示范茶園不同海拔的6個氣象觀測站(分別位于感德、祥華、西坪、龍涓、蘆田、尚卿)2009—2020年的逐日氣象資料，氣象站基本信息如表1所示。其中，逐日氣象要素具體包括平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對濕度、平均風速等，以及鄉鎮茶葉龍頭企業2009—2020年的茶葉總產值及茶葉品質等相關數據。

表1 鐵觀音主茶區氣象站基本信息

3 主茶區立體氣候特征分析

茶樹的生長離不開適宜的地理環境和立體氣候條件，降雨、溫度、濕度、生長周期等氣象要素受海拔高度影響，差異較大，從而影響茶葉的品質。我國茶葉生產有高山出好茶之說，高海拔氣候條件一般雨量充沛，氣候溫和，云霧繚繞，空氣流通好，光照強度和光質相對較好，濕度較大，而且晝夜溫差較大，有利于茶葉有效物質的積累。而低海拔地區溫度相對較高，不易形成雨霧，不利于茶葉有效物質的積累。

3.1 主茶區立體氣候年特征統計分析

選取2009—2020年安溪6個主產茶區及安溪氣象站本站的年平均氣溫、年平均日較差、年極端高溫、年極端低溫、年平均風速、相對濕度、降水量、暴雨日數、高溫日數等相關氣候要素，進行氣候統計分析。

3.1.1 年平均氣溫

統計近12年的年平均氣溫可知(見圖1)，各示范茶園歷年平均氣溫在18.0～21.9℃之間，其中位于城關的安溪國家氣象站整體氣溫最高(21.6～22.5℃)，蘆田最低(17.4～18.5℃)。從時間變化特征可以看出，主產茶區年平均氣溫2009—2015年呈上升趨勢，2015年后呈多波型。計算年平均氣溫與各氣象觀測站的海拔高度呈負相關，R2為0.921，說明年平均氣溫與海拔高度相關性較好，平均溫度直減率達5.1℃/km。

圖1 鐵觀音主茶區2009—2020年年平均氣溫分布

3.1.2 年極端最高氣溫

由表2可知，2009—2020年平均年極端高溫方面，尚卿鄉明顯高于其他鄉鎮，城關次之，而蘆田鄉最低。極端高溫的極大值出現在尚卿鄉(2020年)，達41.0℃，連續的高溫天氣對茶葉生長等產生極大影響，高溫曝曬容易使茶葉曬傷、引發茶樹病蟲害等。年極端高溫的極值與茶園所處海拔高度呈負相關，R2為0.852，平均溫度直減率達4.8℃/km。

表2 鐵觀音主茶區年極端最高氣溫 單位:℃

續表

3.1.3 年極端最低氣溫

由表3可知，近12年平均年極端低溫方面，城關本站明顯高于其他鄉鎮，尚卿鄉次之。而祥華鄉的年極端低溫數值最低，達-3.9℃。年極端低溫的極大值出現在西坪鎮(2016年)，達-7.5℃，2016年的祥華鄉次之。平均年極端低溫與海拔高度呈負相關，R2為0.855，平均溫度直減率達6.6℃/km。低溫凍害天氣對茶葉在萌芽期和展葉期的生長等產生極大影響。冬季茶樹能忍受的平均年極端低溫在-3℃以上，當最低溫低于-5℃時，葉片將明顯受損[9]。由此推算，當茶園海拔高度在750m以下時，較適宜茶樹生長。

表3 鐵觀音主茶區年極端最低氣溫 單位:℃

3.1.4 年降水量

由圖2可知，各鄉鎮的年降水量隨時間變化特征基本一致，僅龍涓鄉2018年出現明顯差異。歷年的年降水量在1480.4～1962.8mm之間。極端年降水量最大值出現在西坪鎮(2016年，3298.2mm)，最小值出現在感德鎮(2020年，882.6mm)。年降水量與海拔高度相關性較低，R2為0.244。其與茶園所處地形地貌相關，受茶園山脈的側向和坡度影響，在迎風坡降水明顯多于背風坡，喇叭口地形的茶園降水高于普通坡面。茶樹喜濕忌澇，滿足其正常生長的年降水量至少在1300mm以上，最適宜地區要求的年降水量在1500mm以上[9]。安溪各主茶區的年降水量均高于1500mm，僅2009年受氣候影響，年降水量較歷史同期明顯偏少，影響茶葉品質。

圖2 鐵觀音主茶區2009—2020年年降水量分布

3.1.5 年積溫

一年內日平均氣溫≥10℃持續期間日平均氣溫的總和就是活動溫度總和，簡稱積溫。積溫是研究溫度與植物生長發育速度之間關系的一項指標，從強度和作用時間兩個方面表示溫度對生物有機體生長發育的影響。研究主茶區≥10℃的積溫對茶葉氣候影響研究有著重要作用。統計近12年安溪鐵觀音主茶區的年積溫，從圖3可以看出，各鄉鎮年積溫隨著時間變化趨勢大體一致，2009—2011年略有下降，2012—2015年呈上升趨勢，2015—2019年呈下降趨勢，至2020年稍有回升。其中，西坪鎮2009—2011年呈上升趨勢，2011—2013年下降明顯，2013—2019年穩步上升。而感德鎮積溫隨時間變化波動較為頻繁，年度差異也較大。統計平均年積溫在6224.1～7928.3℃之間，近12年累計積溫最大值出現在安溪城關本站(2015年)，達8181.8℃，最小值出現在蘆田鎮(2011年)，達5821.8℃。年累計≥10℃積溫與海拔高度呈負相關，R2為0.932，年累計≥10℃積溫與海拔高度相關性較好，積溫直減率達2200℃/km。研究發現，當年累計≥10℃積溫在6500℃時，鐵觀音生長適宜性好，即海拔低于685m時，有利于鐵觀音生長。

圖3 鐵觀音主茶區2009—2020年年積溫分布

3.1.6 年平均日最大風速

由圖4可知，西坪鎮和蘆田鄉的風速明顯大于其他區域，祥華鄉次之，而感德鎮的年均風速最小。龍涓鄉與尚卿鄉由于數據統計年份較少，不做分析。年平均日最大風速與海拔高度呈負相關，且相關性一般，R2為0.784。這說明，雖然茶園海拔越高，相應茶園的日平均最大風速也會較高，但也與所處位置相關，相同茶園往往山頂的風力也會較山谷的大，當遇到臺風或者雷達大風等惡劣天氣，最大風速較大，往往會吹折茶葉樹枝，甚至刮倒整顆茶樹，從而損害茶葉的產量和品質。

圖4 鐵觀音主茶區2009—2020年平均日最大風速分布

3.2 主產茶區關鍵期立體氣候統計分析

統計各主茶區近12年春茶和秋茶采摘期前40d的各氣象因子特征(表格略)。

3.2.1 春茶期立體氣候統計分析

就日均溫而言，隨著采摘期的臨近，平均氣溫穩步上升,在采摘日達到最大值。就日極端高溫而言，最大值出現在尚卿鄉(36.4℃)，最小值出現在祥華鄉，達31.6℃。就日極端低溫而言，最小值出現在祥華鄉，達1.3℃。就降水量而言，最大值出現在2016年的蘆田，達516.2mm。隨著采摘日的接近，降水逐步減小，更有利于提升茶葉的品質。就平均氣溫日較差而言，各鄉鎮平均氣溫日較差在8℃左右，最大值出現在2011年的西坪鎮，達14.8℃。就平均日相對濕度而言，各鄉鎮日均相對濕度在60%～90%之間，該階段平均相對濕度最大值出現在祥華，達84.2%，最小值出現在安溪城關本站，達75.1%。

3.2.2 秋茶期立體氣候統計分析

就日均溫而言，隨著采摘期的臨近，平均氣溫穩步下降,在采摘日達到最小值。就日極端高溫而言，最大值出現在西坪鎮及安溪城關本站(39.3℃)，最小值出現在龍涓鄉，達34.6℃。就日極端低溫而言，最小值出現在尚卿鄉，達5.3℃。就累計降水而言，最大值出現在2010年的蘆田，達654.4mm。隨著采摘日的接近，降水逐步減小，更有利于提升茶葉的品質。就平均氣溫日較差而言，各鄉鎮平均日較差在10℃左右，最大值出現在尚卿鄉(2011年)，達16.2℃。就平均日相對濕度而言，各鄉鎮日均相對濕度在60%～90%之間，該階段平均相對濕度最大值出現在尚卿(79.8%)，最小值出現在西坪(74.5%)。

3.3 主茶區災害性天氣氣候統計分析

在萌芽期和生長期，暴雨傾盆而下，往往會損傷茶樹的枝葉，茶園內澇會滋生各種茶葉病害，在茶葉采摘期，更使得茶葉的產量和品質大打折扣。溫度對茶葉的香氣、湯色和滋味等均有影響，而烈日高溫容易引發茶樹葉子的枯萎甚至灼傷，高溫使得茶樹生長環境中的空氣濕度明顯降低，造成茶樹損傷，影響茶葉的產量等。研究鐵觀音主茶區的暴雨、高溫氣候變化特征，可以有效避免氣象災害導致的茶葉產量與品質損失。

3.3.1 暴雨日

由表4可知，各鄉鎮區域差異較大，從年總日數看，西坪鎮最多(84日)，而尚卿鄉最少(14日)，采摘期前40d的統計研究發現，春茶期遠小于秋茶期，因8月末至10月初為臺風及午后對流的集中期，容易發生暴雨天氣。就地域而言，西坪鎮暴雨日數最多，而尚卿鄉暴雨日數遠小于其他鄉鎮。產茶最多的西坪、感德、祥華等鄉鎮，暴雨日數較多。因此，做好暴雨的監測與預警，對保護茶葉的產量與品質意義重大。

表4 鐵觀音主茶區累計暴雨日統計 單位:d

3.3.2 高溫日

由表5可知，尚卿鄉累計高溫(≥35℃)日數遠大于各個鄉鎮，本站次之。其余5個鄉鎮，以感德鎮(累計223日)為最多，祥華鄉(7日)為最少。年累計高溫日數與各氣象觀測站的海拔高度呈負相關，R2為0.924，說明年累計高溫日數與海拔高度相關性較好，平均溫度直減率達0.99日/km。研究高溫對茶葉生產的影響，尤其對于尚卿鄉、城關及感德鎮等高溫日數較多的區域尤為重要。

表5 鐵觀音主茶區累計高溫日統計 單位:d

4 氣候影響因子研究

4.1 年氣候因子研究

通過現場調查示范茶園龍頭企業負責人、訪問茶葉專家等，對逐年茶葉品質的描述及打分，統計主產茶區6個示范茶園的鐵觀音茶葉品質等相關數據，對近12年各鄉鎮年度氣候要素年總降水量、年總積溫、年平均溫度、年極端高溫、年極端低溫、年平均氣溫日較差、年平均相對濕度、年平均風速等進行相關性分析。

對近12年的茶葉品質與各氣候要素進行顯著性檢驗發現，年平均氣溫日較差和年平均風速未通過顯著性檢驗(α=0.05)，其余要素均通過顯著性水平檢驗(表格6)。

表6 適宜鐵觀音茶葉品質的年度氣候要素指標

年降水量：傳統茶學[10]認為年降水量≥1500mm時，適宜茶葉的生長。本次研究發現，在年降水量小于1500mm的年份，茶葉品質均較差。此外，當年降水量較12年平均值的距平百分率≥25%時，即年總降水量較歷史同期偏多時，茶葉品質也較差。

≥10℃的年總積溫：傳統茶學[10]認為年總積溫≥5000℃時，適宜茶葉的生長。本研究發現，主產茶區6個鄉鎮近12年的年總積溫均超過5000℃，即安溪主茶區在積溫方面的適宜度較高。此外，茶葉的品質與年總積溫呈現正相關，即積溫越大，越有利于茶葉生長和品質提升。

年平均溫度：傳統茶學[10]認為年平均溫度在15～25℃之間，適宜茶葉的生長。統計發現，安溪主產茶區年均溫均在17.2～21.1℃之間，較適宜茶葉生長。

4.2 關鍵期氣候因子研究

本文以春茶采摘為例，統計出歷年平均春茶的采摘期，對采摘期前60d、前40d、前30d、前20d、前15d、前10d、前5d、采摘期5d進行氣候數據統計分析。由各氣象因子表征表可知，就降水量而言，隨著采摘期的靠近，降水量逐步減少有利于采摘，其中最關鍵的采摘期5天內無降水，利于茶葉品質的優異。挑選出采摘日5天內累計降水小于1.0mm的年份與茶園，茶葉品質均達到了優或特優等級。就平均氣溫而言，隨著采摘期的靠近，平均氣溫逐步上升，采摘前60d至采摘前5d平均氣溫為15.2～19.4℃(蘆田鎮最低)、17.7～22.2℃(尚卿鄉最高)；就日極端高溫而言，各鄉鎮各年度分布不均，主要集中在采摘前60d至采摘前30d，隨著采摘期靠近，極端高溫略有下降；就日極端低溫而言，隨著采摘期靠近，極端低溫逐漸上升；就日較差而言，采摘期前20d之后呈下降趨勢，之后，隨著距離采摘期越近，日較差又逐步上升，但采摘期前60d至前30d日較差較采摘期前20d至前5d稍高，年均日較差8℃左右；就相對濕度而言，隨著采摘期的靠近，相對濕度逐步升高，到前10d時達最高(近12年各鄉鎮平均相對濕度85.2%)，之后又逐步減少，至采摘日5d的平均值最小；就日較差而言，隨著采摘期的靠近，平均日較差從9.5℃逐步下降至采摘日前10d達到最小值9.0℃，而后緩慢回升至采摘期5d達9.4℃。

對近12年的茶葉氣候品質與春茶季的各氣象要素進行相關性計算(表格略)，并對其進行顯著性檢驗(α=0.01)。發現采摘期前40d至采摘期5d的氣象因子是影響茶葉氣候品質的敏感時間段，其中采摘前40d至采摘期5d的累計降水、平均相對濕度和平均日較差均與茶葉氣候品質明顯相關。此外，與采摘前5d和前10d的極端高溫呈正相關，與采摘前30d至采摘前15d的極端低溫呈負相關，與采摘前40d的極端低溫呈正相關，與采摘前30d的平均氣溫呈負相關。

4.3 氣象災害因子研究

4.3.1 暴雨

暴雨是茶樹生長的主要氣象災害之一，暴雨易沖毀茶園的壩坎、溝渠，茶樹會有被積水泡根的影響，根系潰爛，積水過后，土壤容易板結，茶樹出現斷枝斷葉等“受傷”情況，進而影響茶葉的品質、產量等。研究暴雨對茶葉品質的影響，結合氣候預測，有利于茶農茶企提前做好防御措施，使得茶園增產增收。

統計近12年各主產茶區暴雨日數可知(見表7)，西坪的暴雨日數遠多于其他茶區，尚卿最少；茶葉品質與暴雨日數呈負相關。其中，2009年暴雨日數最少，而2009年各主產茶區的茶葉品質均在優及以上；2016年的暴雨日數最多，且累計值遠多于其他年份，同年各主產茶區的茶葉品質均在良及以下。計算出近12年各茶區年平均暴雨日數(μ)及標準差(α)，定義在(μ-1.96α，μ+1.96α)區間上的暴雨日數為正常值，區間外則定義為異常值(出現的概率不超過0.05)。當暴雨日數超過μ+1.96α，則定義為暴雨日數異常偏多。近12年中，2010年蘆田、2012年尚卿、2016年西坪的暴雨日數均異常，當年該茶區茶葉品質也達到低值。

表7 鐵觀音主茶區2009—2020年暴雨日數統計 單位:d

4.3.2 高溫

茶樹能耐最高溫度是34～40℃，生存臨界溫度是45℃，夏季高溫嚴重時將造成茶樹枝葉枯焦甚至死亡。此外，茶園中空氣的濕度較大，遇上持續的高溫，容易引發病蟲害，從而影響茶葉的品質。

統計近12年各主產茶區高溫日數可知(見表8)，尚卿的高溫日數遠多于其他茶區，祥華最少。其中，2015年的高溫日數最少，而2015年各主產茶區的茶葉品質均為優等級；2017年的高溫日數最多。計算出近12年各茶區年平均高溫日數(μ)及標準差(α)，定義在(μ-1.96α，μ+1.96α)區間內的高溫日數為正常值，區間外則定義為異常值(出現的概率不超過0.05)。當高溫日數超過μ+1.96α，定義為高溫日數異常偏多。近12年中，2017年感德、尚卿的高溫日數異常，當年該茶區茶葉品質也相對較低。

表8 鐵觀音主茶區2009—2020年高溫日數統計 單位:d

4.3.3 干旱

干早也是茶樹生長的主要氣象災害之一。氣象干早是指由于降水長期虧缺和近期虧缺綜合效應的累加，在干早指標上運用氣象干早綜合指數(以下簡稱MCI干早指數)，考慮近60d內的有效降水(權重平均降水)和蒸發(相對濕潤度)的影響、季度尺度(近90d)和半年尺度(近150d)降水長期虧缺的影響，并考慮了不同季節、不同區域主要農作物對土壤水分的敏感程度。根據各地區站點逐日監測的氣象干旱綜合指數得出單站和區域干旱過程判別方法和標準(見表9)。

表9 氣象干旱綜合指數等級劃分

因6個主產茶區氣象站的降水量、相對濕度與安溪氣象站相關性較好(表格略)，安溪國家級一般氣象站1961年開始觀測計算氣象干旱綜合指數(MCI)的相關氣象要素：降水量、相對濕度。樣本時間較長，具有很高的統計意義。因此選用安溪國家氣象站代表安溪縣域各茶區干旱的氣候特征，按照MCI指數的標準等級進行統計分析。福建每年3月起降水明顯增多，自4月底入汛，6月初出汛期。本文中當年次的干旱日數為前一年6月至第二年5月的累計干旱總日數。

由表10可看出，安溪2018年的干旱日數最多，達165天，其次是2015年，共126天。干旱日數超過100天的還有2008年(119天)、2012年(109天)和2010年(101天)，這五年干旱災害對當年安溪鐵觀音的品質影響相對較大。2009年出現重旱以上級別的干旱災害日數在近十年中最多，特旱等級干旱日只出現在2009年，造成特旱等級的5天發生在2009年6月8—12日；重旱等級的干旱災害2018年發生的日數最多，達到54天，其次是2010年的39天。重旱等級干早災害持續時間最長的為2017年秋季，持續時間達50天，從2017年9月24日一直持續到11月12日；中旱等級的干旱災害2008年發生的日數最多，共出現61天，其次是2015年的53天。中旱等級持續時間最長為2009年的秋季，持續時間達到69天，從2009年的9月5日持續到11月12日；輕旱等級略。

表10 安溪2009—2020年各等級氣象干旱日數統計 單位:d

4.3.4 低溫凍害

安溪鐵觀音主產茶區的冬季及春季采摘期前氣溫偏低，嚴重影響幼齡茶樹的生長發育。低溫凍害主要分為越冬期凍害及茶樹萌芽期凍害。其表征指標分別采用越冬期(12月上旬至2月上旬)、茶樹萌芽期至展葉期(2月中旬至4月中旬)的日最低氣溫，依據輕度、中度、重度和嚴重4個量化等級(見表11)的劃分來分析低溫凍害對茶園茶葉的影響，結果分別見表12和表13。

表11 最低氣溫危險性表征指標等級劃分

表12 鐵觀音各主茶區越冬期不同等級低溫日數

表13 鐵觀音各主茶區萌芽至展葉期不同等級低溫日數

由表12可知，鐵觀音主產茶區各年的越冬期(12月上旬至2月上旬)低溫日數2009年、2014年、2016年和2018年較多，其中，祥華2014年最多，達到了18天，其次是祥華2011年(13次)。就低溫程度而言，大部分以輕度低溫為主，僅祥華、西坪和龍涓出現中度低溫凍害。就各茶區累計日數而言，處于高海拔的祥華、蘆田和西坪3個鄉鎮的茶區受低溫凍害影響最明顯。

由表13可知，鐵觀音主產茶區各年的萌芽至展葉期(2月中旬至4月中旬)低溫日數和程度遠低于越冬期的水平，以2014年最多、2010年次之、2018年再次之、2017年最少，其余年份均未出現低溫凍害。就累計日數而言，蘆田(9日)最多，祥華(8日)次之，其余鄉鎮較少。可見，萌芽至展葉期的低溫凍害對蘆田和祥華的茶區影響最明顯。

5 結論與討論

①年平均氣溫，各鄉鎮歷年平均氣溫在18.0～21.9℃之間，2009—2015年呈上升趨勢，2015年后呈多波動型。極端高溫的極大值出現在尚卿鄉的2020年，達41.0℃；年極端低溫的極大值出現在西坪鎮的2016年，達-7.5℃。近12年的年累計降水量各鄉鎮隨時間變化特征基本一致，在1480.4～1962.8mm之間。近12年平均年積溫在6224.1℃～7928.3℃，最大值出現在安溪城關本站的2015年，達8181.8℃，最小值出現在蘆田鎮的2011年，達5821.8℃。

②從立體氣候統計上看，年平均氣溫、≥10℃積溫、極端高溫等氣象要素與茶園所處海拔高度之間相關性較好，R2基本達0.85以上。與日最大風速呈正相關，相關系數略低，與年降水量和暴雨日數的相關性較小，其與茶園所處山體位置及地理形勢密切相關。

③近12年示范茶園主要氣象災害的分布情況及對茶葉的影響：累計暴雨日數、年總日數西坪鎮最多84日，而尚卿鄉最少，僅14日；近12年累計高溫日數，尚卿鄉659日遠大于各個鄉鎮。祥華鄉最少，7日。采摘期前40d的統計發現，暴雨與高溫日數春茶期遠小于秋茶期。經統計，高溫日數與茶園所在海拔高度呈負相關，R2為0.924，說明年累計高溫日數與海拔高度相關性較好，平均溫度直減率達0.99日/km。與暴雨日數相關性較差。