信陽氣候資源變化特征及對信陽毛尖茶產量的影響分析

基金項目：信陽市茶葉氣象重點實驗室基金項目（202102）

作者簡介：盧逸言，女，工程師，主要從事氣象服務、氣象災害防御和氣象標準化研究，E-mail：lushansan@163.com

摘要：分析了信陽氣候資源變化特征，并進行了氣象要素與茶葉產量的相關性分析，以揭示氣候資源變化與茶葉產量的關系。利用信陽站1951—2022年信陽氣溫、降水、日照和土壤濕度等資料，運用趨勢分析、Mann-Kendall突變檢驗等方法分析全年和春茶生長季（2—4月）的氣候變化規律。研究發現，信陽氣候變化明顯，全年和2—4月10年平均氣溫分別升高了1.9 ℃和2.8 ℃，年降水量、降水日數、日照、土壤濕度呈減少趨勢，但極端降水、暴雨日數有所增加。同時，2—4月歷年日平均氣溫有4個相對穩定的低溫周期時段，對信陽毛尖春茶影響很大。隨著全球氣候的變化，信陽的氣候資源也發生了相應變化，對信陽毛尖茶葉產量有積極影響。通過逐步回歸篩選出2—4月≥10 ℃活動積溫、土壤濕度、降水量和日照時數等4個與茶產量相關性顯著的氣候因子，回歸分析發現，氣候資源產量與≥10 ℃活動積溫、土壤濕度呈正相關，與降水量、日照時數呈負相關。回歸結果通過了F檢驗（P＜0.05），且其平均偏差為3.1%，最大偏差為7.4%，較好地揭示了氣候資源變化與信陽毛尖茶葉產量的關系。

關鍵詞：氣候資源；氣候特征；信陽毛尖；茶葉產量；影響；信陽

中圖分類號：S571.1；P467? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1000－3150（2024）01-61-8

Characterization of Changes in Climate Resources in Xinyang and

the Impact on the Yield of Xinyang Maojian Tea

LU Yiyan

Xinyang City Key Laboratory of Tea Weather Service， Xinyang Meteorological Bureau， Xinyang 464000， China

Abstract：? The characteristics of climate resource changes in Xinyang was analyzed， and a correlation analysis between meteorological elements and tea yield was conducted to reveal the relationship between climate resource changes and tea yield. Using the data of temperature， precipitation， sunshine and soil moisture of Xinyang station from 1951—2022， trend analysis， Mann-Kendall mutation test and other methods were used to analyze the climate change patterns during the annual and spring tea growing season （February to April）. It is found that the climate change in Xinyang was obvious. The 10-year average temperature and average temperature from February to April increased by 1.9 ℃ and 2.8 ℃ respectively. The annual precipitation， the number of days of precipitation， sunshine， and soil moisture showed a decreasing trend， but the extreme precipitation and the number of days of heavy rain increased. At the same time， there were four relatively stable low-temperature periods in the average daily temperature from February to April， which had a great impact on Maojian spring tea. With the change of global climate， Xinyang's climate resources also changed accordingly， which generally had a positive impact on Xinyang Maojian tea production. Four climate factors with significant correlation with tea yield， such as active cumulative temperature ≥10 ℃， soil moisture， precipitation and sunshine hours from February to April， were screened out by stepwise regression analysis. It is found that the yield of climatic resources was positively correlated with the active cumulative temperature and soil moisture during the growing period， and negatively correlated with precipitation and sunshine hours. The regression results passed the F0.05 test， with an average deviation of 3.1% and a maximum deviation of 7.4%， which effectively reveals the relationship between climate resource changes and Xinyang Maojian tea production.

Keywords： climatic resources， climatic characteristics， Xinyang Maojian， tea yield， impact， Xinyang

信陽是我國重要產茶區，當地氣候資源對茶葉產量和品質有著重要影響，充足的熱量、豐富的水汽、適宜的降水和光照氣候條件，孕育出“細、圓、光、直、多白毫，香高、味濃、湯色綠”的傳統名茶——信陽毛尖[1-2]。2023年，信陽毛尖區域公用品牌價值79.84億元[3]，并從2010年始信陽毛尖連續14年位列中國茶葉區域公用品牌價值榜前三。近50年，我國極端氣溫、強降水等極端天氣趨多、趨強，日照、蒸發、風速、總云量、霜凍、寒潮均呈顯著減少趨勢[4]。已有研究發現，氣候變化對茶葉產量和品質產生較大影響，是茶葉產量最密切相關的因素[5-7]。前人研究多是基于江南茶區受氣候影響特性，而對于江北茶區的信陽毛尖茶氣候影響研究相對較少。近年部分學者分析了信陽毛尖茶對氣候變化的適宜性[8-9]。另有對信陽毛尖茶氣候區劃、種植區劃的研究，指出在“五云二潭一寨一寺”高山茶區茶葉品質更優，盡顯信陽毛尖特點，但易受干旱、低溫影響；而低山丘陵地區茶葉品質差，清香不顯，不耐沖泡，但產量高[10]。本文旨在分析信陽氣候資源變化特征，開展氣象要素與茶葉產量的相關性分析，揭示氣候資源變化與茶葉產量的關系，研究結果可為信陽毛尖茶產業應對氣候變化的挑戰，保護和提升信陽毛尖茶的品牌競爭力，促進信陽茶產業發展提供參考。

1? 資料與方法

1.1? 資料

氣象數據均來自河南省信陽市氣象局。氣象資料為信陽氣象觀測站1951年1月1日—2022年12月31日共72年的逐日資料，氣象要素主要有日平均氣溫、最低氣溫、終霜日、降水量、降水日數、日照時數等；土壤相對濕度為1982—2022年共41年田間實測土壤濕度資料。

茶葉產量資料來自信陽市茶葉生產辦公室，為1976—2022年共47年記錄。由于信陽毛尖茶僅采摘春茶，一般多采至4月底，故僅以春茶代替年產量。

浉河區GDP數據來自信陽市浉河區統計局，為1996—2022年共27年資料。信陽市浉河區以信陽毛尖茶產業為主導產業，是信陽毛尖發源地，茶園面積超過4萬hm2。

1.2? 方法

1.2.1? 線性傾向估計法

對氣象要素序列進行趨勢分析時，一般采用線性傾向估計最小二乘法來計算一維的時間序列[11]。以年份x為自變量，氣象要素y為因變量，通過線性傾向估計法來分析氣象要素y隨時間x的變化趨勢特征，建立x與y之間的一元線性回歸方程。方程斜率的正負值代表氣象要素y呈上升或下降趨勢，當斜率大于零時，即氣象要素y隨時間x的增加呈上升趨勢；反之，氣象要素的變化呈下降趨勢。

1.2.2? Mann-Kendall（M-K）突變檢驗法

本文采用M-K突變檢驗法對氣象要素進行突變分析，該方法是一種非參數統計檢驗法，樣本無需遵循一定的分布并且不受少數異常值的干擾，適用于非正態分布的數據，并且可以分析發現開始出現突變的時刻，是當前比較常用的時間序列趨勢檢驗方法之一[11]。

1.2.3? 逐步回歸分析法

逐步回歸分析法是選擇自變量以建立最優回歸方程的回歸分析方法。首先按自變量對因變量的影響效應大小，逐個把有顯著影響的自變量引入回歸方程，每引入一個自變量后都要進行F檢驗，并對已經選入的自變量逐個進行t 檢驗，當原來引入的自變量由于后面自變量的引入變得不再顯著時，則將其刪除，以確保每次引入新的自變量之前回歸方程中只包含顯著性變量。這是一個反復的過程，直到既沒有顯著的自變量選入回歸方程，也沒有不顯著的自變量從回歸方程中剔除為止，以保證最后所得到的自變量集是最優的。

2? 信陽氣候資源特點及變化特征分析

經對1951年以來72年信陽站氣象資料統計，信陽氣候四季分明，年平均氣溫為15.5 ℃。雨量充沛，年平均降水量為1 097.7 mm，而且多集中在茶樹生長季。熱量豐富，≥10 ℃活動積溫在4 791.3～5 766.3 ℃，平均為5 177.3 ℃；無霜期長179～286 d，平均237.5 d；終霜日1月9日—4月20日，平均為3月20日。光、熱、水同季，晝夜溫差較大，太陽遲升早落，光照適宜；山勢起伏多變，森林植被豐富，地下水位高，水體密布，空氣濕潤，云霧彌漫，是我國亞熱帶丘陵山區3個云霧日高值區之一[2]，適宜茶樹生長。

2.1? 溫度

2.1.1? 平均氣溫

據資料顯示，1951年以來信陽氣溫整體呈上升趨勢（圖1）。2—4月平均氣溫上升變化傾向率和起伏變化比年變化更大，易有春霜凍。全年與2—4月平均氣溫分別10年平均上升了1.9 ℃和2.8 ℃，春季升溫更加突出，有利于信陽毛尖春茶生長。2—4月升溫趨勢的M-K突變檢驗極顯著（P <0.01），而年平均氣溫上升趨勢沒有通過M-K突變檢驗。

從2—4月逐日72年平均氣溫變化曲線（圖2）可以看出，在信陽毛尖春茶生長期內的2月23日—3月4日、3月10 日、3月19—24日和4月9—12日有4個低溫周期時段，這幾個時間段分別對應茶芽萌發期、魚葉展開期、第一真葉展開期和第二輪茶芽萌發期，信陽毛尖茶極易遭受低溫凍害，特別是3月19—24日氣溫再次下降到10℃以下，對早春信陽毛尖茶影響更大。

2.1.2? ≥10 ℃活動積溫

據信陽市茶葉氣象重點實驗室多年試驗發現，≥10 ℃的有效積溫是反映信陽毛尖春茶生長期的重要指標。茶樹每萌發一輪新芽所需的≥10 ℃有效積溫為50～67 ℃。隨著氣候變暖，全年和2—4月≥10 ℃活動積溫均呈增加趨勢（圖3），有利于信陽毛尖春茶生長，使得春茶的開采期提前，開采次數增加，有利于信陽毛尖春茶產量的提高。2—4月≥10 ℃活動積溫增加趨勢的M-K突變檢驗顯著（P <0.05）。

2.2? 春霜凍

2.2.1? 極端低溫

從2月、3月和4月極端最低氣溫分析（圖4），均呈較一致的上升趨勢，但3月年際變化波動小于2月、4月，且近10年2月增溫明顯，3月、4月變化起伏頻繁。3—4月正是信陽毛尖春茶生長旺盛期，低溫對茶樹生長影響較大。自上世紀90年代信陽大量引種嘉茗1號、中茶108等早生品種，茶葉春霜凍災害頻繁發生。據信陽市茶葉氣象重點實驗室多年試驗記載，春季茶芽萌發期本地品種能承受2 h以內的－3.0 ℃低溫考驗；嘉茗1號茶樹品種經多年低溫馴化適應，在氣溫<0.5 ℃持續時間≥3 h會產生輕度霜凍害。據歷史資料統計，早生品種每年都會產生不同程度的春霜凍災害，而本地品種僅有14%年份可能產生輕度或以上的霜凍災害。

2.2.2? 終霜日

終霜日平均為3月20日，在1月9日至4月20日之間，年際變化為平均每10年提前4.5 d（圖5）。結合氣溫氣候變率，2—4月平均氣溫每增加1 ℃，年終霜日約提前9.8 d。另外，1952—1961年和2014—2023年10年平均終霜日共提前了26.3 d，提前非常明顯，有利于毛尖茶樹提早萌發。終霜日提前趨勢通過M-K突變檢驗顯著（P <0.05）。

2.3? 降水

2.3.1? ?降水量

年降水量和2—4月的降水量呈不顯著減小趨勢（圖6）。但年降水量變化波動劇烈，極差為1 159.2 mm，旱澇不均明顯，并有連續多年偏少。2—4月降水量減少說明干旱在增加，影響茶葉營養生長，不利于茶葉產量和品質提高。

2.3.2? 降水日數

年降水日數呈減少趨勢，年暴雨日數呈微弱增加趨勢。年降水日數、年暴雨日數變化趨勢均沒有通過M-K突變檢驗。10年平均降水日數減少了6.8 d，年暴雨日數增加了0.4 d，表明降水逐漸集中，易導致季節性旱澇災害發生，不利于茶園水土保持和茶樹生長。最近10年幾乎每年都有干旱發生，且夏季高溫又加重了干旱程度，嚴重影響茶葉產量和品質。

2.4? 日照

通過統計分析，年日照時數呈波動減少趨勢，平均每10年減少11.24 h。為了更客觀分析日照多寡的變化，本文以日照百分率進行分析。全年和2—4月日照百分率年際變化均呈下降趨勢，（圖7），10年平均分別減少了11.8、6.4個百分點，減少非常明顯。日照時數減少，散射光照時間增多，有利于信陽毛尖茶品質的提升。

2.5? 土壤濕度

分析1982—2022年共41年田間實測土壤濕度資料發現，3月份的10、20、30、40、50 cm等5層土壤相對濕度年際變化差異很大（圖8）。但各月10 cm土層有減小趨勢，20 cm土層減小趨勢最明顯，30 cm土層減小趨勢不明顯，而40 cm土層為微弱增加趨勢，50 cm土層為較小增加趨勢，但均沒有通過M-K突變檢驗。地表淺層（10、20、30 cm）土壤相對濕度10年平均減少了9.8個百分點，特別是10、20 cm土層的土壤相對濕度自1999年開始明顯下降。41年間分別為1983、1984、1993、1999、2000、2001、2004、2005、2009、2010、2011、2012、2013、2016、2018、2020、2021、2022年共18年出現了長時間或季節性干旱，占所有年份的43.9%。

氣候變化使得氣溫升高、≥10 ℃積溫增加、≥10 ℃日數顯著增加、終霜日提前、無霜期增加、日照時數減少、土壤濕度減小、降水日數減少、暴雨日數增加，對信陽毛尖茶產量影響大。

3? 氣候資源變化對信陽毛尖茶葉產量的影響

氣候資源變化對茶葉產量的影響利弊相間。通常氣溫升高，有利于茶樹光合和呼吸作用，促進茶葉產量提高。但降水偏少導致土壤濕度降低，不利于茶樹生長。晴天增多日照時數增加，易致茶樹枝葉徒長，不利于茶葉干物質積累。信陽獨特的氣候條件使茶樹生長緩慢，葉片持嫩性強、肥厚多毫、營養物質積累較多，所制信陽毛尖茶茶香濃郁[1]。

3.1? 信陽茶葉產量變化

據統計，2022年信陽全市投產茶園面積已達14.4萬hm2。茶葉總產量從1976年的797.8 t增加到2022年的8.2萬t，呈快速增長趨勢。信陽毛尖茶單產年際變化較大，1977年最低，僅有42.8 kg/hm2，產量最高的2022年為570.3 kg/hm2，增長了12.3倍。產量的增加除品種改良、種植技術及施肥管理水平提高外，氣候變化的影響也不容小覷。氣候變化和極端天氣是與茶葉產量最密切相關的因素，研究二者關系，建立信陽毛尖茶產量回歸方程，以揭示氣候變化對信陽毛尖茶產量的影響規律，有利于指導茶葉生產應對氣候變化，促進信陽毛尖茶優質高效生產。

3.2? 信陽毛尖茶葉產量對氣候變化的響應

因信陽地區氣候資源變化，≥10 ℃日數增加，茶葉生育期延長，信陽毛尖春茶的開采期逐年提前，信陽毛尖茶采摘輪數增加，致使茶葉產量提高。日照和降雨日數同時減少意味著多云或陰天增多，太陽散射光增加，有利于茶葉品質提升。不利的是，≥10 ℃積溫增加會使鮮葉生長期縮短，茶葉干物質積累減少；降雨日數減少、暴雨日數增加意味著雨水相對集中，既加劇了季節性干旱，又易導致洪澇災害，也對茶樹生長不利。氣候變化使極端天氣（高溫、干旱、霜凍和洪澇等）增加，極易造成信陽毛尖茶葉減產，而且還會引起水土流失、土壤有機質積累減少、病蟲草害易發等次生災害的發生，在一定程度上影響信陽毛尖茶的產量。

結合前述氣候分析，其中1983、1984、1993、1999、2010、2012、2020、2022年受干旱影響，1992、2008、2010、2012、2015年受“倒春寒”、晚霜凍害影響，致1983、1984、1993、2008、2010、2012、2015、2020、2022信陽毛尖茶產量減少或增幅降低，其中2008年初還受低溫雨雪冰凍災害影響，2010、2012年低溫、干旱災害疊加，導致相應年份信陽毛尖春茶產量明顯減少。總體來看，氣候資源變化，溫高雨少，有利于信陽毛尖茶產量的提高。

3.3? 氣候資源變化對茶葉產量的影響

由于資料序列不一致，本研究以最短序列的浉河區GDP資料起始年份1996年為準，統一利用1996—2022年資料進行分析。

3.3.1? 產量分解

把茶葉單產分為氣候資源產量和非氣候資源產量，其中，氣候資源產量（Y1）是受氣象因素影響的產量，非氣候資源產量是除氣象因素以外，隨著品種改良、種植技術、施肥管理等因素改變的產量，與社會經濟發展、茶農投入緊密相關，稱其為社會發展產量（Y0）。

3.3.2? 社會發展產量

社會發展產量Y0以浉河區GDP為相關因子，分析其相關性，得R2=0.953 8，表明它們之間高度相關。回歸分析信陽毛尖茶社會發展產量（Y0 ）擬合線性關系。

Y0 = 18.866 0+0.051 2X （1）

式中，Y0 為每667m2信陽毛尖茶社會發展產量（kg），X 為浉河區GDP值（億元）。

3.3.3? 氣候資源產量

逐年單產與社會發展產量之差為氣候資源產量（Y1 ）。以全年和生長期內（2—4月）的氣溫、積溫、濕度、降水量、降水日數及日照百分率等17個因子進行相關分析，采用逐步回歸分析法，篩選出對氣候資源產量影響最顯著的4個氣象因子。通過線性回歸擬合出線性回歸方程。

Y1 =－4.255 33 + 0.002 14∑T + 0.009 544f－ 0.004 02S－ 0.007 86R? ? ? （2）

式中Y1為每667 m2信陽毛尖茶氣候資源產量（kg），∑T為2—4月≥10 ℃活動積溫（℃），f為2—4月10～30 cm土層平均土壤濕度（%），S為2—4月日照時數（h），R為2—4月降水量（mm）。

式（2）結果表明氣候資源產量與生長期內≥10 ℃活動積溫、土壤濕度呈正相關，與降水量、日照時數呈負相關。

3.3.4? 回歸結果檢驗

對回歸結果進行F 檢驗，顯著水平P （F ≤f ）單尾 = 0.463 2 > 0.025 0，表明用GDP與4個氣象因子模擬的茶葉產量與實際茶葉產量方差一致性顯著。

利用以上回歸分析，計算出回歸擬合產量與實際產量如圖9所示。其最大偏差2008年偏差7.4%，最小偏差2012、2022年為0.1%，20年的平均偏差為3.1%，檢驗效果較好。2008年因前期冬季受低溫、雨雪冰凍災害影響，導致當年春茶發芽率低，影響了茶葉產量。

4? 小結與討論

研究發現，信陽氣候資源的變化特征主要表現為氣溫上升、降水模式改變、光照減少，以及極端天氣事件增加。氣溫上升導致茶葉生長周期縮短，降水模式的改變則影響了茶葉的灌溉條件，光照減少影響茶葉光合作用，而極端天氣事件則直接造成了茶葉產量的波動。

信陽氣候變化明顯，全年和2—4月的10年平均氣溫分別上升了1.9 ℃和2.8 ℃，極端高（低）溫和極端降水增加，降水量、降水日數、日照、土壤濕度均呈減少趨勢，但極端降水、暴雨日數有所增加，氣候資源變化對信陽毛尖茶產量有較大影響。

信陽毛尖春茶生長期歷年日平均氣溫有4個相對穩定的低溫周期時段，對早生品種影響很大，而本地品種僅有14%的年份受影響。

信陽毛尖茶產量主要與生長期內≥10 ℃活動積溫、土壤濕度呈正相關，與降水量、日照時數呈負相關。

本文在分析信陽毛尖茶產量時，僅考慮對信陽毛尖春茶產量影響的部分關鍵氣象因素，對病蟲草害、其他季節極端天氣等因素未予考慮，分析結果可能有些偏差。在以后的研究工作中，需要更加注重不同的極端天氣事件對信陽毛尖茶產量的影響，助力選育適應氣候資源變化的茶樹新品種，充分利用區域山地小氣候資源，有效規避和防御氣象災害風險，為信陽毛尖茶產業的高質量發展提供科學依據。

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