浙江建德苞茶生產氣候適宜性分析

石帥，趙珊珊，艾婉秀

1.國家氣候中心，北京 100081；2.中國氣象局氣候研究開放實驗室，北京 100081

茶樹是一種多年生常綠木本植物，在我國南方地區廣泛種植。根據生態條件、茶樹類型等，我國茶葉產區可分為江南、西南、華南和江北茶區[1]。江南茶區盛產綠茶，茶葉產量占全國茶葉總產量的65%以上，是我國發展名優茶的適宜區域。浙江建德苞茶產區即位于江南茶區，屬亞熱帶季風氣候。建德市夏季高溫多雨，冬季溫和少雨，水熱條件良好。同時，受山地氣候和新安江、富春江、蘭江的影響，亞熱帶季風氣候與丘陵山地氣候疊加，造就了建德苞茶產區獨特的氣候條件。

茶樹生長及茶葉品質與自然環境的關系非常密切。茶樹喜光怕曬，喜暖怕寒、喜濕怕澇、喜酸怕堿[2]。江南茶區年平均氣溫15～20 ℃，≥10 ℃活動積溫4 500～6 500 ℃，年降水量1 000～1 600 mm，年平均相對濕度70%～80%，年日照時數1 500～1 900 h，是綠茶生產的氣候適宜區域[3]。浙江省茶葉生長季內氣候適宜度高，尤其是溫度適宜度最高，其次是降水，日照適宜度略低[4]。氣候條件如溫、光、水是決定茶葉產量和品質的關鍵因素[5]。根據氣象條件對茶葉品質形成的影響，金志鳳等[6]提出了影響茶葉品質的3個氣候指標，建立了茶葉氣候品質評價模型。

建德苞茶創制于清同治年間（1862—1874），品質優異，多次被評為浙江省、杭州市一類名茶，在1991年的杭州國際茶文化節上，榮獲“中國文化名茶”稱號，同年獲得北京茶葉博覽會金獎[7]。建德現有茶園面積4 200 hm2，采摘面積3 900 hm2，茶葉總產量約2 800 t，其中綠茶超2 700 t，產值近3 億元。建德市政府將“建德苞茶”作為建德市茶葉區域公用品牌，通過名優茶開發策略，大力發展茶葉種植[8]。因此，通過研究建德市氣候條件與建德苞茶生長發育的關系，定量評價建德苞茶產區的氣候適宜性，同時開展氣象災害風險研究，有助于趨利避害，充分發揮生態資源優勢，指導茶葉生產種植。

1 資料與方法

1.1 資料

本文所用的1961—2020年建德市氣象臺站觀測資料來自國家氣象信息中心，包括逐日平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對濕度、日照時數等氣象要素。

1.2 方法

1.2.1 建德苞茶種植氣候適宜性指標

影響茶樹生長的氣候條件主要包括光、熱量、水分等[9]。年平均氣溫、降水量、相對濕度、日照時數、≥10 ℃活動積溫等是茶樹生長發育的關鍵氣象因子[10]。

綜合前人對江南茶區茶葉種植氣候適宜性指標的研究和分析[4,11-14]，構建了影響建德苞茶種植氣候適宜性評價指標，并列出各指標適宜和最適宜范圍（表1）。

表1 建德苞茶種植氣候適宜性指標及范圍

1.2.2 建德苞茶春梢期氣候適宜性指標

建德苞茶以采制春茶為主，春茶品質好，產量也較高。3月下旬至5月上旬為建德苞茶的春梢生長期。茶葉品質是品種遺傳特性、環境條件以及加工技藝等綜合作用的結果[15]。在一定遺傳基礎上，環境因子作用至關重要。日平均氣溫、相對濕度、日照時數和降水量是影響茶葉初級產品品質的重要氣候條件[16]。有研究指出，在春茶正常萌芽和生長期內，采收前10～20 d 內的日平均氣溫在10～15 ℃范圍內，春茶品質優良；特別是采摘前的3～5 d 的日平均氣溫在13～18 ℃范圍時，春茶品質最優。當日平均氣溫穩定在20～30 ℃范圍時，茶芽生長最快，產量最高，但易老化，氨基酸含量顯著減少，茶多酚含量顯著增加，春茶品質下降[17-18]。基于此，構建了建德苞茶春梢期的生產氣候適宜性指標，并列出各指標的適宜和最適宜范圍（表2）。

表2 建德苞茶春梢期氣候適宜性指標及范圍

1.2.3 建德苞茶生產氣象災害風險指數

茶樹生長發育過程中，經常會遭受氣象災害影響，輕則抑制生長，重則受災死亡[19]。江南茶區茶葉的主要氣象災害包括早春霜凍、夏季高溫熱害和冬季凍害[20]。

決定茶樹能否正常生長的限制因子是低溫凍害。凍害越輕，茶樹生長越好，產量也越高。茶樹凍害按生物學時間可分為越冬期凍害和霜凍害[21]。越冬期凍害指茶樹在休眠期遭遇寒潮，氣溫驟降到-5 ℃以下，葉片內細胞結冰失去活性而危害茶樹越冬的一種氣象災害。霜凍害指當日最低氣溫低于4 ℃時，茶樹新芽生長將受到霜凍害影響；當日平均氣溫降至0 ℃以下，茶樹嫩梢將遭受霜凍危害[21]。因此將年日最低氣溫≤-5 ℃日數作為越冬期凍害評價指標，將春梢期日最低氣溫≤4 ℃日數以及日平均氣溫≤0 ℃日數作為霜凍害評價指標。

當日最高氣溫≥35 ℃時，茶樹的葉綠素被破壞，影響物質的積累，茶葉品質受到嚴重影響[22]。如果日平均氣溫長期在30 ℃以上或者日最高氣溫高于35 ℃時，茶樹生長緩慢或停止生長，若持續多天且溫度高將導致茶樹受害[23]。江南地區盛夏受西太平洋副熱帶高壓控制，易出現持續高溫天氣。結合前人的研究成果[24]，將日平均氣溫≥30 ℃，日最高氣溫≥35 ℃且日平均相對濕度≤60%連續3 d 以上，作為高溫熱害評價指標。

1.2.4 建德苞茶生產適宜性綜合評價方法

根據世界氣象組織規定，將最近的3 個年代的平均值作為氣候值，即將1991—2020年作為氣候常年。利用1991—2020年建德市逐日氣象觀測資料，基于建德苞茶種植和春梢期氣候適宜性指標，統計常年建德苞茶種植和春梢期各指標在適宜和最適宜范圍內出現的頻率，定量評價建德苞茶生產的氣候適宜性；進而根據建德苞茶生產的氣象災害風險指標，研究氣象災害對建德苞茶生產的不利影響，并綜合評價建德市氣候條件對建德苞茶生產的影響。

此外，還利用1961—2020年建德市逐日氣象觀測資料，分析了全球氣候變暖背景下建德苞茶生產適宜性的趨勢變化特征。利用最小二乘法計算氣象要素及相關指標的長期變化趨勢，采用Mann-Kendall 方法對趨勢進行顯著性水平為0.05的顯著性檢驗[25]。

2 建德苞茶種植氣候適宜性分析

2.1 氣溫

氣溫是影響茶樹生長發育最為突出的氣象因子，決定茶葉年生育期的長短和發育輪次的早晚，影響茶葉的生育速度、產量和品質[9]。1961—2020年，建德年平均氣溫呈上升趨勢，升溫幅度為每10年0.12 ℃（圖1）。年平均氣溫最高為18.1 ℃（2016年），最低為16.0 ℃（1984年），近25年平均氣溫沒有低于16.5 ℃。1991—2020年，建德年平均氣溫17.3 ℃，每年的年平均氣溫均在最適宜范圍內。

圖1 1961—2020年建德市年平均氣溫變化

1961—2020年，建德年極端最低氣溫呈升高趨勢，僅1967年、1973年、1977年和2016年的年最低氣溫小于-8 ℃，其余56年均處于建德苞茶種植的適宜范圍內（圖2）。1991—2020年，建德年極端最低氣溫≥-8 ℃的年份有29年，僅在2016年達-8.4 ℃；年極端氣溫≥-5 ℃的年份有19年，即年極端最低氣溫在適宜和最適宜范圍的出現概率分別為96.7%和63.3%。建德極端最低氣溫有所上升，茶葉遭受低溫凍害的可能性降低，有利于茶葉種植。

圖2 1961—2020年建德市極端最低氣溫變化

1961—2020年，建德≥10 ℃活動積溫每年都在5 000 ℃以上，≥10 ℃活動積溫呈顯著增加趨勢，升幅為每10年上升50.0 ℃。1991—2020年，建德≥10 ℃活動積溫平均值為5 761.3 ℃，每年均處于最適宜范圍（≥5 000 ℃）內（圖3），說明建德熱量條件十分適宜茶樹生長。活動積溫的多少，對茶葉單產的高低和變化起著頗為重要的作用，建德苞茶平均單產隨≥10 ℃積溫增高而遞增[26]，故隨著建德≥10 ℃活動積溫的增高有利于建德苞茶單產的提高。

圖3 1961—2020年建德市≥10 ℃活動積溫變化

2.2 水分

茶樹喜濕，降水量關系到茶葉的產量和品質。1961—2020年，建德年降水量年際變化較大，最多年（2 280.7 mm，1973年）是最少年（1 076.9 mm，1978年） 的2.1 倍。除1963年、1964年、1978年、1979年和2005年的年降水量少于1 200 mm外，其他年份降水量均超過1 200 mm，并且年降水量呈增加趨勢（圖4）。1991—2020年，建德平均年降水量為1 662.8 mm，除了2005年外各年降水量均在1 200 mm以上，有20年超過1 500 mm，即建德年降水量處于適宜和最適宜范圍的年份分別占總年份的96.7%和66.7%。

圖4 1961—2020年建德年降水量變化

相對濕度反映了空氣的干濕狀況，茶樹生長一般要求相對濕度在70%以上，≥80%為最佳[9,27]。1961—2020年，建德年平均相對濕度均在70%以上（圖5）。近30年，建德年平均相對濕度為78.1%，歷年平均相對濕度在73.2%～83.2%之間，均處于適宜范圍內，其中年平均相對濕度在80%以上的出現概率為27%。相對濕度較高時，可增加漫射光，能夠加快茶葉的有機物合成，茶葉持嫩性好且葉質柔軟，有助于提高建德苞茶產量和品質。

圖5 1961—2020年建德年平均相對濕度變化

干燥度表示水分供應的余缺，在一定程度上反映了茶樹生育期內所需水量與降水量的綜合情況。1961—2020年，建德年平均干燥度在0.27～0.70 之間，有減小趨勢（圖6）。近30年，建德年平均干燥度為0.41，每年的干燥度均處于最適宜范圍內。

圖6 1961—2020年建德干燥度歷年變化

2.3 光照

茶樹喜光，生長發育過程中的90%～95%干物質通過光合作用獲得。適宜的光照不僅可以提高茶葉產量，還對茶葉品質有重要影響。日照時間短，可抑制茶多酚的生成，從而去除茶湯中的苦澀味，增加口感舒適度。日照百分率≤45%是優質茶葉形成的主要氣象因子，并且日照百分率≤40%為最佳。

1961—2020年，建德多年平均日照百分率為40.3%，年平均日照百分率≤43%和≤40%的發生概率分別為76.7%和53.3%。建德年平均日照百分率呈降低趨勢，1963年日照百分率最高為52.8%，2015年最低為28.8%（圖7）。1991—2020年，建德年平均日照百分率為38.4%，年平均日照百分率≤43%和≤40%的發生概率分別為93.3%和70.0%，這十分有利于優質茶的生產。

圖7 1961—2020年建德年平均日照百分率變化

3 建德苞茶春梢期氣候適宜性分析

1961—2020年春梢期，建德的平均氣溫一般在13.5～18.7 ℃之間，呈升高趨勢（圖8）。近30年春梢期，建德平均氣溫為16.6 ℃，最高年18.7 ℃（1998年）、最低年13.5 ℃（1996年），即每年均處于最適宜（11～20 ℃）范圍內。

圖8 1961—2020年建德苞茶春梢期平均氣溫變化

1961—2020年春梢期，建德降水量在95.5～602.9 mm 之間，沒有顯著的長期變化趨勢（圖9）。近30年春梢期，建德平均降水量為307.6 mm，歷年春梢期降水量均處于適宜范圍內，除了2000年和2011年外，其余各年降水量均處于最適宜范圍。從春季各月降水分布來看，3—5月建德月降水量分別為166.2 mm、179.5 mm 和191.6 mm，均在160 mm 以上，屬于最適宜范圍，有利于春茶的生長。

圖9 1961—2020年建德苞茶春梢期降水量變化

1961—2020年春梢期，建德平均相對濕度在67.8%～85.9%之間，其中平均相對濕度小于70%僅出現2年（圖10）。建德平均相對濕度呈減小趨勢。1991—2020年春梢期，建德平均相對濕度76.8%，其中相對濕度≥60%和≥70%日數占總日數比例分別為100%和93.3%。適宜的相對濕度對建德春茶的產量和品質有利。

圖10 1961—2020年建德苞茶春梢期相對濕度變化

1961—2020年春梢期，建德平均每天日照時數在2.6～6.3 h之間，處于最適宜范圍內，日照時數呈長期增加趨勢，但增加趨勢不明顯（圖11）。近30年，建德春梢期平均每天日照時數為4.6 h，最多為6.3 h（2009年），最少為2.6 h（1991年）均在建德苞茶生長最適宜范圍。可見，春梢期適宜的光照有利于建德生產量多質優的春茶。

圖11 1961—2020年建德苞茶春梢期平均每天日照時數變化

4 主要氣象災害風險分析

建德氣象災害種類較多，有低溫冰凍、雨澇、干旱、高溫、臺風、雪災、冰雹、酸雨等。對苞茶種植生產影響較大的氣象災害有高溫熱害和低溫凍害，其中低溫凍害包括霜凍害和越冬期凍害。

4.1 高溫熱害

當日最高氣溫≥35 ℃時，茶樹生長速度減慢，甚至葉片枯萎而脫落，茶葉品質受到嚴重影響[22-24]。1961—2020年，建德年高溫（日最高氣溫≥35 ℃）日數一般在12～75 d 之間，呈減少趨勢，但減少趨勢不明顯（圖12）。近30年，建德高溫日數多年平均為39.6 d，最多達60 d（2003年），最少只有16 d（1999年）。

圖12 1961—2020年建德高溫日數變化

建德高溫熱害一般發生在盛夏時節（7—8月）。1961—2020年，建德發生了11 次高溫熱害，高溫熱害天數為75 d，平均每年1.3 d，其中1967年高溫熱害持續時間最長為14 d。近30年，建德僅發生了4 次高溫熱害，高溫日數天數僅為21 d。

4.2 霜凍害

1961—2020年，建德多年平均低溫（日最低氣溫≤4 ℃）日數為68.2 d，1996年最多有91 d，2020年最少有32 d（圖13）。建德年低溫日數呈明顯減少趨勢，近30年平均年低溫日數為60.3 d。1961—2020年，建德多年平均嚴寒（日平均氣溫≤0 ℃）日數為3 d，有11年沒有出現嚴寒日，1984年嚴寒日最多，有16 d（圖14）。建德嚴寒日數總體呈明顯減少趨勢，近30年平均嚴寒日數為1.9 d，有7年無嚴寒日（圖14）。建德嚴寒日數在杭州7 縣（市、區）中排名第二少。可見，在建德苞茶品質形成的關鍵時期內，低溫風險相對較低，且近年來呈現頻次下降、程度減輕的趨勢。

圖13 1961—2020年建德低溫日數變化

圖14 1961—2020年建德年嚴寒日數變化

4.3 越冬期凍害

1961—2020年，建德多年平均日最低氣溫≤-5 ℃日數為1.4 d，呈明顯減少趨勢，1963 最多為8 d（圖15）。近30年建德年平均日最低氣溫≤-5 ℃日數為0.67 d，有21年沒有出現過日最低氣溫≤-5 ℃。1961—2020年，建德極端最低氣溫在-8.5～-1.8 ℃之間，呈明顯升高趨勢；近30年建德極端最低氣溫平均值為-5.3 ℃（圖16）。建德極端最低氣溫最低值為-8.5 ℃。建德日低溫≤-5 ℃日數減少趨勢以及年極端最低氣溫提高趨勢有利于苞茶生產。

圖15 1961—2020年建德年日最低氣溫≤-5 ℃日數變化

圖16 1961—2020年建德年極端最低氣溫變化

盡管建德低溫凍害風險總體不高，但有的年份發生極端低溫凍害事件的影響較重。2008年初我國南方發生百年一遇的低溫雨雪冰凍災害，給建德茶葉造成嚴重影響。2008年1月13日至2月5日，浙江省出現了5 次明顯的降雪過程。連續陰雨（雪）使空氣處于高濕狀態，出現凍雨現象，致使茶園遭受凍害，高山上新栽植的茶樹大部分受凍死亡，海拔200～400 m 處的茶樹受凍后葉片變黃枯萎、卷曲。由于氣溫持續偏低，2008年茶芽萌動推遲，春茶開采期比上年推遲15 d以上。

5 小結與討論

利用1961—2020年建德逐日氣象臺站觀測資料，分析了與建德苞茶生產密切相關的氣溫、降水、濕度和日照等氣象條件以及氣象災害風險。

5.1 氣溫

常年建德年平均氣溫17.3 ℃，≥10 ℃積溫5 761.3 ℃。年平均氣溫和≥10 ℃積溫均處于最適宜范圍，極端最低氣溫在適宜和最適宜范圍的出現概率為96.7%和63.3%。春梢期，建德常年平均氣溫為16.6 ℃，每年均處于最適宜（11～20 ℃）范圍內，有利于春茶的生長和品質形成。

5.2 降水

建德常年降水量1 662.8 mm。1991—2020年，建德年降水量除了2005年外均處于適宜范圍，其中有20年處于最適宜范圍。春梢期，建德各月降水量均在160 mm 以上，屬于最適宜范圍，有利于春茶的生長。

5.3 相對濕度

常年建德年平均相對濕度為78.1%，適宜和最適宜范圍出現概率為100%和27%。1991—2020年春梢期，建德平均相對濕度為76.8%，僅有兩年出現平均相對濕度小于70.0%，平均相對濕度均處于適宜范圍。建德常年干燥度平均為0.41，每年的干燥度均處于最適范圍。建德空氣濕潤利于茶葉產量和品質的形成。

5.4 光照

建德常年日照百分率為38.4%，年平均日照百分率在適宜和最適宜范圍的發生概率分別為93.3%和70.0%。1991—2020年春梢期平均每天日照時數4.6 h，日照時數均在建德苞茶生長最適宜范圍。

5.5 氣象災害

對建德苞茶有影響的氣象災害主要有高溫熱害和低溫凍害。氣象災害風險總體相對較低。在全球氣候變化影響下，建德降水增多，低溫日數減少，極端最低氣溫升高，近30年建德的高溫熱害和低溫凍害風險均呈減少態勢，對苞茶的生產影響相對減弱。

總的來看，建德的熱量、水分和光照條件非常適宜茶樹生長，有利于高品質茶葉的形成。氣候風險總體相對較低，并且氣象災害風險呈減弱趨勢。建德當地應當充分挖掘獨特的氣候優勢，針對高溫、嚴寒等災害性天氣，科學地采取防護措施，如選擇優良品種、加強茶園管理和基礎設施建設、注意防凍抗旱、構建茶園立體生態系統等，降低氣象災害的不利影響，從而實現促進農民增收、區域經濟迅速發展的目的。