气候变化对茶叶生产的影响及应对技术展望

韩文炎，李鑫，颜鹏，张丽平，张兰

中国农业科学院茶叶研究所，310008

气候变化是指气候平均状态统计学意义上的巨大改变或者持续较长一段时间（30年或更长）的气候变动，包括平均值和变率的变化。气候变化的主要特征是全球气候变暖，以及伴随而来的极端天气频繁。气候变化对生态环境及人类社会的影响是显而易见的，已导致冰川消融、海平面上升、极端气候、物种灭绝、水土流失、病虫害暴发、生态系统退化和自然灾害加剧等，是目前全球面临的最重大挑战之一，关乎人类的生存，已引起国际社会的广泛关注[1]。农业生产由于“靠天吃饭”，受到的冲击更大。近年来，在全球气候变暖的背景下，高温干旱、低温冻害和暴雨等极端天气十分频繁，如江南茶区2008年冬季的雪灾，2010年春季的“倒春寒”，以及2013年和2016年夏季的高温干旱等都给茶叶生产造成了非常显著的影响。因此，了解气候变化发展趋势，提出应对技术措施，对于茶产业的持续健康发展具有十分重要的意义。

一、我国代表性茶区气候变化现状及发展趋势

对我国海南、昆明、杭州和济南等有代表性茶区近60年来的主要气象要素，包括平均气温、极端最低和最高气温、大气平均相对湿度、降水量、年均降水天数和年日照时数等进行了统计。结果表明，按直线方程进行拟合，在过去50年中，平均气温提高了1.3℃，远远超过自工业革命以来全球平均气温升高的0.85℃；平均极端最低气温提高了2.1～3.8℃；最高气温变化不大，但高于35℃的高温天数则显著增加；年均降水量没有显著变化，但年均降水天数减少了11.2 d，大气平均湿度降低了5.4%；年均日照时数也减少了40.9 h；另外，与1980年相比，云南的雨季推迟了22 d，明显加剧了春旱，对云南春茶生产有显著的影响[2]。

随着大气CO2浓度的升高，气候变化呈进一步加剧之势。根据IPCC AR4数据库及典型气候模型预测表明，未来数十年中，江西每10年的增温速度高达0.22～0.41℃，显著高于历史基准的0.16℃，降雨量也会比历史基准值减少10.1%～18.9%[3]。我国茶叶主产区长江中下游地区到2050年和2100年气温平均升高2.2℃和4.5℃左右；降水变化不明显，但夏季降水增加[4]。更为严重的是高温、干旱、低温冻害、热带台风和洪涝等极端灾害天气会明显增加。进入本世纪以来，杭州最高气温屡创记录，2002年为40.3℃，创1950年有气象记录以来的最高温度，2013年更是高达41.6℃，2016年和2017年也分别高达40.3℃和41.3℃。干旱持续时间也越来越长，浙江茶区2013年夏季连续40 多天基本无雨[5]，安徽在2019年8月12日至10月28日期间，全省平均降水量仅为83.9 mm，较常年同期减少60%，平均无降水天数为65 d，较常年同期偏多11 d，为1961年以来同期最多。另外，春季“倒春寒”更为频繁，浙江茶区几乎每年都有发生，只是程度或地点不同，其中2010年3月8—10日的晚霜冻害导致浙江省半数以上茶园受害，经济损失高达17 亿元[6]。联合国政府间气候变化专门委员会的报告表明，这种情况在未来会更加强烈和频繁[1]。

二、气候变化对茶叶生产的影响

1.茶叶生产区域和季节的变化

随着平均气温升高，特别是最低气温的持续升高，茶叶产区将逐渐向北和高海拔地区拓展。近年来，北方茶区茶园面积持续扩大，除了该区域茶叶品质较好、经济效益较高外，气候变化导致的次适宜茶区向适宜茶区转化也是重要原因之一。亚热带茶区茶叶生产季节会适当延长，特别是开采期提前，这有利于提高春季名优茶产量，但“倒春寒”带来的风险也随之增加。年平均气温增加1℃，每年大于10℃的天数可增加15 d[7]，显然这有利于延长茶叶的生产季节。

2.茶叶产量的变化

气候变化对茶叶产量的影响既有有利的一面，也有不利的一面。从有利因素来讲，气温和CO2浓度适当升高有利于茶树光合作用，提高茶叶产量。如年平均气温提高1℃，大于10℃的天数增加15 d，由于10℃是大多数茶树品种的萌动起点温度，如果其中的一半天数，约8 d 分布在春季，则杭州地区的茶叶生产季节可从193 d 增加到201 d，茶叶产量可增加约4%。但极端天气如高温干旱、低温冻害和洪涝的增加不仅直接导致减产，而且还会引起水土流失，土壤有机质积累减少，病虫害暴发等，从而影响产量。

大气CO2浓度升高对茶树生长发育和茶叶产量的提高也有一定的促进作用。当CO2质量浓度从目前的近400 mg/L增加到550 mg/L和750 mg/L时，茶树新梢净光合速率分别提高17.9%和25.8%，并能缓解和消除光合午休现象，从而有利于提高茶叶产量[8]。研究表明，当CO2质量浓度提高到800 mg/L 并培养24 d 后，茶苗树高、地上和地下部干重、根冠比均有显著提高[9]；进一步研究表明，短期提高CO2浓度增产幅度较大，但随着茶树在高CO2浓度中的时间延长，饱和效应也随之出现。由于大气CO2浓度是逐渐提高的，因此茶叶产量的实际增幅可能没有预想的那么明显。

虽然我国主要茶区年均降雨量变化不大，但降雨天数减少意味着雨水相对集中，从而既加剧了季节性干旱，又导致洪涝灾害。另外，光照时数和降雨天数同时减少意味着多云或阴天增多，这对于喜漫射光的茶树是否有利主要取决于茶园所处的地理位置，如果在阳光强烈的热带和亚热带地区，这是有利的，但对于阳光并不强烈的高山和高纬度茶区则可能会降低产量。

气候变化也会增加病虫草的为害。如气温升高会增加害虫的发生代数，提高害虫或病原菌的越冬成活率。如茶尺蠖在杭州一般年发生6代，但如果10月份的平均气温超过20℃则会发生7代；又如茶小绿叶蝉的越冬虫数与日平均气温低于0℃的天数呈极显著负相关[10]。极端天气也容易导致病虫害的大暴发，如2016年8—9月，长江中下游茶区茶尺蠖大面积暴发，主要原因是高温干旱对茶尺蠖天敌绒茧蜂的影响明显较大，从而导致茶尺蠖由于失去了天敌的控制作用而暴发成灾[11]。

气候变化对茶园土壤的影响也是显而易见的。随着气温升高，土壤有机肥的矿化速度加快，虽然有利于养分的释放，但不利于土壤有机质的积累，养分利用时间缩短，N2O 的释放量也会明显增加，从而降低氮素养分的利用率；暴雨等极端天气还会加剧水土流失，最终影响茶叶产量和品质。另外，大气CO2以及SO2和NO2等污染气体浓度的提高还会提高酸雨的强度和频度，从而进一步降低土壤pH，对于酸化已经较为严重的茶园土壤来说，这显然不利于其持续健康发展。

研究还表明，随着大气CO2浓度升高，植物体内的碳浓度显著提高，而氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁、铜和锌等其他营养元素几乎全部降低，对水稻等25种作物的测定表明，氮含量的降幅可高达14%以上[12]。可见，为提高植物体内这些元素的含量，保持养分平衡及作物产量，需要使用更多的肥料。

3.对茶叶品质的影响

一般来说，较低的温度有利于氮素代谢，促进氨基酸和咖啡碱等氮代谢产物的合成与积累，但较高的温度有利于茶树碳代谢，有利于茶多酚含量的提高。显然，随着温度的升高，茶叶茶多酚含量会提高，氨基酸含量降低，从而降低茶叶品质，特别是绿茶品质。但对于利用中小叶品种生产的红茶，茶多酚含量适当提高，有利于发酵，从而在一定程度上有利于提高红茶品质。

大气CO2浓度增加对茶叶品质的影响具有两面性，CO2浓度适当提高有利于光合产物的累积，为各种有机化合物，包括含氮化合物提供碳架，所以短期看有利于茶叶各种内含成分的合成，但长期看主要是增加茶树体内碳代谢产物的含量。研究表明，当大气CO2质量浓度从400 mg/L 提高到800 mg/L处理1个月后，新梢游离氨基酸和茶多酚含量均有明显提高，但3个月后，游离氨基酸含量降低，而茶多酚含量进一步提高；进一步研究发现，茶多酚的主要成分黄酮类化合物在CO2质量浓度550 mg/L和800 mg/L条件下，比对照400 mg/L分别提高了19.4%和35.9%[13]。蒋跃林等[14]的研究也表明，当CO2质量浓度由400 mg/L提高到550 mg/L和800 mg/L时，茶叶氨基酸含量分别降低了1.7%～4.5%和6.7%～12.2%，咖啡碱含量分别降低了3.1%～4.6%和5.1%～10.7%，与此同时，茶多酚含量提高了3.8%～6.0%和6.9%～11.3%，可溶性多醣分别增加了8.4%～14.4%和18.1%～28.2%。

可见，无论是温度升高，还是大气CO2浓度增加均会导致茶叶茶多酚含量增加，氨基酸含量减少，从而影响茶叶品质，特别是绿茶品质。另外，伴随着病虫害加剧，农药使用量的增加，茶叶农残含量可能提高；气候变化导致的降雨频率降低，可能会导致更多的大气干沉降物质，如含有重金属元素和多环芳烃的灰尘沉积在茶叶表面，从而带来更多的污染，影响茶叶质量安全。

三、气候变化应对策略

应对气候变化的挑战，需要各方协力合作。一方面需要降低茶园碳的排放，为减缓气候变化做出贡献；另一方面，需要做好适应工作，促进茶叶生产的持续健康发展。

1.加强茶园基础设施建设

基础设施建设是应对极端天气最有效的措施，从长远看也是最经济的手段。茶园基础设施包括排灌系统、园区道路、坡改梯、防护林和遮阴树、防冻风扇和杀虫灯及相关的电力系统建设等。茶园灌溉系统主要包括喷灌和滴灌，当两者不能同时安装时，选择喷灌的利用率更高，不仅可抗旱、改善茶园小气候，而且对于预防早春“倒春寒”也有显著的效果。

2.大力推广低碳茶叶生产技术

目前生产上推广的低碳栽培模式主要有有机茶园、良好农业规范（GAP）和气候智慧茶园等。这些模式不仅要求绿色环保，尽量减少化肥和农药的使用，而且通过增加土壤有机质含量和茶园生态建设等，提高茶园应对气候变化及极端天气的能力。如有机茶园土壤的有机质、全氮和微生物量明显增加，土壤结构改善，保水和保肥能力增强[15]；有机茶园的天敌数量和生物多样性也明显改善，从而与常规茶园相比，应对气候变化的能力更强。

3.加强气候变化对茶叶生产影响预测模型的研发

目前的预测模型主要针对气候变化趋势，且以平均气温和降水分布类型，或对大田作物产量的变化预测为主。因此，需加强针对茶叶生产区域，聚焦茶叶产量和品质变化的预测模型。预测的参数不仅包括气温、降雨等，还应包括极端天气等。对气候的早期预警也必不可少。

4.降低茶园温室气体排放

茶园温室气体主要有N2O 和CO2，其中降低N2O 的排放是控制茶园土壤温室气体排放的关键。据研究，影响茶园N2O 排放的主要因子是茶园施氮量、土壤含水量和pH值等。研究表明，当茶园施氮量为300、600、900 kg/hm2时，土壤N2O-N 的排放量分别占茶园施氮量的1.43%、1.96%和3.44%[16]；当土壤含水量较高时施用氮肥，N2O的排放量显著增加；土壤pH较低时，特别是pH 低于4.0 时，N2O 的排放量也会呈指数曲线增加。因此，降低茶园施氮量，合理改良土壤对于降低茶园土壤N2O 的排放量具有重要作用。但控制N2O排放的微生物机制还有待进一步研究。

5.选育和推广抗性品种

随着气候变化的加剧，极端天气的频率和强度会越来越高。因此，选育抗性良种，如抗高温、抗干旱、抗低温和抗病虫能力强的品种对于应对气候变化具有十分重要的作用。另外，选育养分利用率高、光合作用能力强，特别是适应高大气CO2浓度条件下的高光效品种对于充分利用气候变化对茶叶产量和品质的作用也是必不可少的。

6.改善茶园综合生态系统

大力促进生态茶园建设，努力提高茶园水土保持能力，特别是提高土壤有效深度和有机质含量。建设茶园防护林带，种植遮阴树和行道树。对于南方茶区，在茶园内部种植遮阴树，遮光率以30%左右为宜；对于长江中下游和北方茶区，则在茶园四周种植防护林和行道树。另外，通过“猪-沼-茶”、茶园养羊和养鸡等，在为茶园提供部分肥源的同时，提高茶场对气候变化应对能力，同时提高综合效益。对于气候变化激烈，在不久的将来有可能不再适合种茶的地区，还应考虑其他作物类型。

7.加强宣传和技术推广

气候变化对茶叶生产的影响是一个渐进和逐渐累积的过程，应对技术措施也不可能一蹴而就，而是一个长期的过程。因此，加强对茶叶生产者的宣传，对相关应对技术措施进行试验研究和示范推广十分必要。

8.开发和推广茶园极端天气保险

随着科技进步，先进技术措施的应用不断普及，这些技术措施对于提高茶叶产量、品质和经济效益，应对气候变化，促进茶产业的持续健康发展起到了非常重要的作用。但是，总体来说，在大自然和极端天气面前，这些技术能起的作用有时是微不足道的。因此，开发和推广茶园极端天气保险，如“倒春寒”保险、高温干旱保险等，对于减轻茶农损失也是必不可少的。