江西省茶叶春霜冻发生的时空演变规律

2020-09-22陶瑶黄京平余焰文

江苏农业科学 2020年15期

陶瑶黄京平余焰文

摘要：基于江西省茶叶主产区1961—2019年早春日最低气温观测资料，运用气候倾向率、Mann-Kendall突变检验等气候统计诊断方法，分析了近59年春霜冻发生的时空演变规律。结果表明，近59年江西省茶区平均终霜期南部早于北部，平均春霜日数赣西北出现最多，赣中南出现最少;3月份发生春霜冻的可能性最高，且以轻度霜冻为主;特晚终霜期均出现在1997年之前，偏晚终霜期均出现在2011年之前;茶叶春霜冻的长期变化趋势表现为终霜期明显提早，春霜日数显著减少，且变化速率赣东北大于赣西北，赣西北大于赣中南;平均终霜期赣东北、赣西北、赣中南发生突变的年份分布在1988年、1996年、1980年，平均春霜日数赣东北、赣西北发生突变的年份分别是1997年和2016年，而赣中南在95%的显著性水平下未发生突变。

关键词：茶叶;春霜冻;时空演变;江西省

中图分类号： S425 文献标志码： A 文章编号：1002-1302（2020）15-0158-07

江西省是我国传统的茶叶大省，2017年全省茶园面积达9.87万hm2，茶叶总产量为6.1万t。2017年12月，江西省人民政府发布了《关于加快农业结构调整的行动计划》[1]，文件中指出，至2020年，全省茶园面积达到17.33万hm2，总产量达到12万t。近年来，随着茶叶产业结构的调整，江西茶叶生产逐渐转向经济产出较高的名优春茶生产为主。春霜冻（3—4月）是影响茶叶生长的主要气象灾害之一，对茶叶生产有严重影响[2-3]。2010年3月发生的持续霜冻导致江西省茶园受灾面积达 3.86万hm2，春茶产量损失0.6万t左右，茶产业直接经济损失高达3.7亿元以上[4]，部分地区几近无收。2018年4月上旬春霜冻导致江西省浮梁县春茶减产减收幅度超过40%[5]，婺源县50%以上茶园遭遇不同程度霜冻灾害，直接经济损失约1.2亿元[6]。随着气候变化，春霜冻灾害对江西省茶产业的健康发展产生了威胁，因此，了解和掌握春茶霜冻的发生规律，对保障茶叶安全生产具有十分重要的意义。

国内学者对茶叶春霜冻的研究主要集中在江苏省、浙江省、安徽省等茶区[7]。王学林系统地分析了江南茶区茶树春霜冻的多时间尺度特征及精细化风险评估，并运用模糊数学理论构建了春茶气候适宜度评价模型[8]。刘瑞娜等分析了安徽省茶叶春霜冻的发生规律，建立灾害风险指数，实现了安徽省茶叶春霜冻灾害风险区划[9]。王俊等对江苏省春茶霜冻发生时空演变规律作了分析，建立了由温度指标推算茶叶开采期的模型[10]。吴杨等分析了浙江茶树霜冻的时空分布特征和演变趋势，并建立了春霜冻日与太平洋海温的遥相关关系[11]。关于江西省茶叶春霜冻灾害的研究还鲜见报道，开展茶叶气象灾害保障服务工作缺乏相关技术及理论指导。本研究在气候变暖背景下，分析江西省茶叶春霜冻灾害的时空分布特征和趋势变化预测，以期为江西省茶叶安全生产提供科学指导，为提高茶叶气象服务的专业性和针对性提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区域

江西省茶园分布在11个地级市90多个县（市、区），根据2016—2017年各县（市、区）的茶园面积和产量，以及气候对茶叶生产的影响评估，选取18个茶叶主产县划分为3个茶区，即赣东北茶区、赣西北茶区、赣中南茶区。赣东北茶区：以婺源县、浮梁县、玉山县、铅山县、广丰区为主，茶园面积占33.9%，产量占48.4%;贛西北茶区：主要分布在修水县、铜鼓县、靖安县、瑞昌市、湖口县、都昌县，茶园面积占29.2%，产量占27.8%;赣中南茶区：以遂川县、井冈山市、上犹县、资溪县、崇义县、宁都县、会昌县，茶园面积占36.9%，产量占23.8%（图1）。

1.2 资料来源

江西省茶园面积和产量资料来源于江西省统计局2016—2017年统计年鉴。本研究以江西省18个气象站1961—2019年逐日气温观测资料为研究对象，采用3—4月日最低气温（Tmin）≤4 ℃作为春茶霜冻发生的临界值，按照轻度（2 ℃

1.3 研究方法

1.3.1 气候倾向率用Y表示霜冻要素，t表示对应的年序，拟合得到一元线性回归方程[15]

Y=a0+a1t。（1）

式中：t为对应的年序，a0为常数项，a1为系数，a1大于0时表示霜冻要素随时间呈增加或推迟趋势，反之呈下降或提前趋势，其值的大小反映变化速率，并以a1×10作为霜冻要素的线性倾向率。变化趋势是否显著用相关系数r来判断，超过α=0.05显著性水平则认为变化趋势显著。

1.3.2 春霜冻异常特征值选定每年3—4月出现的霜冻为春霜冻，最后一次春霜冻出现的日期为终霜期。由于春霜冻是因大气温度降低而引起农作物受冻的一种灾害，因此它同气温一样具有正态分布特征，设定极端霜冻日的概率值为0.05，将样本终霜期与平均终霜期（D）之差>1.65σ和σ～1.65σ分别定义为特晚终霜期和偏晚终霜期，其中，D为1961—2019年终霜期的平均值，σ为1961—2019年终霜期的标准差[9]。

1.3.3 Manner-Kendall突变检验 Manner-Kendall突变检验[16-18]（简称M-K检验）是世界气象组织推荐并广泛应用的非参数统计方法，它能客观表征样本序列的变化趋势，明确突变发生时间、区域及其范围。它的2个重要参数是统计量M和趋势变化的斜率β，M大于0表示增加或推迟趋势，小于0为下减少或提前趋势，斜率β表示趋势变化的方向和程度，即变化速率。

2 结果与分析

2.1 江西省茶叶春霜冻时间变化特征

2.1.1 茶叶春霜冻年际变化特征由图2可见，赣东北茶区近59年平均终霜期提早了14.2 d，平均春霜日数减少了5.3 d，其气候倾向率分别为-2.4 d/10年和 -0.9 d/10年，均通过0.01显著性检验。20世纪60年代平均终霜期出现在3月25日，从20世纪70年代起出现明显提早的变化趋势，其中21世纪以来平均终霜期比20世纪60年代提早了 11 d。平均春霜日数在20世纪60年代出现最多，年均8 d，20世纪70年代和80年代比60年代少了2 d，20世纪90年代开始平均春霜日数明显减少，年均只有3～4 d。

由图2可见，赣西北茶区59年间平均终霜期提早了11.8 d，平均春霜日数减少了4.7 d，其气候倾向率分别为 -2.0 d/10年和-0.8 d/10年，均通过0.01显著性检验。20世纪60年代平均终霜期出现在3月26日，20世纪70年代、80年代不断提前，20世纪90年代比20世纪80年代偏晚1 d，21世纪后平均终霜期又提前到了3月15日。平均春霜日数年代变化与赣东北茶区相似，也表现为20世纪60年代（年均8 d）最多，20世纪70年代起逐渐减少，21世纪年均只有4～5 d。

由图2可见，赣中南茶区59年间平均终霜期提早了7.1 d，平均春霜日数减少了2.2 d，其气候倾向率分别为 -1.2 d/10年和-0.4 d/10年，终霜期通过0.1显著性检验，春霜日数通过0.01显著性检验。赣中南茶区平均终霜期年代变化规律不明显，20世纪60和20世纪70年代分别为3月20日和3月23日，20世纪80年代提前到3月13日，20世纪90年代又推迟到3月20日， 21世纪后又提前到3月14日。平均春霜日数20世纪60年代和20世纪80年代出现最多，年均4 d，其他年代年均为1～3 d。

2.1.2 茶叶春霜冻的月变化特征根据茶叶春霜冻的气象指标，分别统计赣东北、赣西北和赣中南茶叶主产区在3—4月不同等级霜冻日数的变化趋势，从表1可以看出，从3—4月发生茶叶春霜冻的等级来看，近59年轻度和中度春霜冻赣西北茶区发生时间最多，赣东北茶区次之，赣中南茶区最少;重度春霜冻赣东北茶区发生时间最多，赣西北茶区次之，赣中南茶区最少。按月份来看，赣东北、赣西北和赣中南茶区均在3月份发生春霜冻的可能性最高，年均霜冻日数分别为4.6、5.7、2.8 d，占总霜冻日数的96%、95%、97%，并且3种等级的霜冻均有可能发生，其中发生轻度霜冻的次数明显多于中度和重度霜冻。随着时间的推移，气温逐渐升高，4月发生春霜冻的次数明显减少，近59年中没有出现过重度春霜冻。

2.1.3 茶叶春霜冻异常特征分析以D+1.65σ确定各茶区特晚终霜期的指标日，赣东北茶区为4月2日，赣西北茶区为4月4日，赣中南茶区为3月31日。59年中赣东北茶区出现2次特晚终霜冻，均出现在20世纪60年代;其他各区均出现4次，赣西北茶区出现在1963、1969、1972、1996年，赣中南茶区出现在1969、1974、1980、1991年。以D+σ确定各茶区偏晚终霜期的指标日，赣东北茶区为3月27日，赣西北茶区为3月29日，赣中南茶区为3月26日。赣东北茶区偏晚终霜期共出现8次，20世纪60年代出现1次，20世纪70年代出现3次，20世纪80年代和90年代各2次;赣西北茶区出现8次，20世纪70年代出现2次，20世纪80年代出现3次，另有3次分别出现在20世纪60年代、20世纪90年代和21世纪;赣中南茶区共出现5次，有2次出现在20世纪60年代，20世纪70年代、20世纪90年代和21世纪各1次。2011年以来全省各茶叶主产区均未出现偏晚霜冻（表2）。

2.2 江西省茶叶春霜冻空间分布特征

2.2.1 江西省茶叶终霜期空间分布江西省茶叶终霜期的空间分布结构见图3，其中平均终霜期为1961—2019年某茶叶主产县的年均终霜期，最晚終霜期为1961—2019年某茶叶主产县终霜期的最大值。从图3可以看出，赣东北茶区平均终霜期出现在3月15—25日，赣西北茶区出现在3月18—24日，而赣中南茶区平均终霜期最早，为3月13—24日，其中主产县中最早的出现在南部的会昌（3月12日），最晚的出现在北部的婺源和铜鼓（3月25日）。近59年中最晚终霜期除婺源县、修水县、铜鼓县、瑞昌市、都昌县、湖口县和资溪县出现在4月14—16日外，其他站点普遍在4月5—10日，其中全省最晚的1次终霜期（2010年4月16日）出现在赣西北的修水县、瑞昌市、都昌县和湖口县。

2.2.2 江西省茶叶春霜日数空间分布从江西省茶叶春霜日数的空间分布图来看，江西北部发生春霜冻的概率要明显大于南部。平均春霜日数为1961—2019年某茶叶主产县的年均春霜日数，最大春霜日数为1961—2019年某茶叶主产县全年春霜日数的最大值。中南面的遂川县、崇义县、会昌县和上犹县的平均春霜日数最少，年均只有 2 d;平均春霜日数最多的出现在北部的修水县，年均8 d。全省近59年最大春霜日数赣中南茶区为6～13 d，赣西北茶区为13～16 d，而赣东北茶区为11～17 d。

2.3 江西省茶叶春霜冻气候突变分析

江西省各茶区春霜冻的Mann-Kendall检验结果见图5。从图5可以看出，由UF曲线（图5-a）可见，自20世纪80年代以来，赣东北终霜期开始提前，2001年至今这种提前趋势还超过0.05临界线。1983—1991年UF和UB曲线多次相交，无法确定其突变点，再次经过累积距平分析，确定1988年为赣东北终霜期提前的突变起始年，突变后的平均终霜期比突变前提早了7 d。图5-b为赣东北春霜日数的Mann-Kendall检验，UF曲线在1978年后保持在零线以下，且2次超过0.05临界线，表明赣东北春霜日数在1978年后呈减少趋势，UF和UB曲线在1997—2016年之间多次相交，经过累积距平分析后，确定其突变点在1997年，突变后的平均春霜日数比突变前减少了3 d。

从图5-c可以看出，1961—1996年UF曲线在零线上下不稳定地波动发展，从1997年开始UF曲线始终在零线以下，并在2006年超过0.05临界线。UF和UB曲线在1990—1996年多次相交，再次经累积距平分析，确定其突变点在1996年。说明赣西北茶叶终霜期在1996年发生提前的突变，且在2006年这种提早突变达到0.05显著性水平，突变后的平均终霜期比突变前提早了8 d。从图5-d可以看出，UF曲线1997年后始终在零线以下，并在2018年突破0.05临界线，UF和UB曲线相交于2016年。表明赣西北茶叶春霜日数从1997年开始减少，在2016年发生减少的突变，且在2018年达到0.05显著性水平，突变后的平均春霜日数比突变前减少了4 d。

近59年赣中南茶叶终霜期也表现为提早趋势（图5-e）。1961—2019年UF曲线以正值为主，在1964—1980年UF和UB曲线多次相交，进一步进行累积距平分析，确定其突变点在1980年，且UF曲线多次超过0.05的显著性水平。表明茶叶终霜期在1980年发生提前的突变，突变后的平均终霜期比突变前提早了6 d。图5-f表明，在2015年之前UF曲线在绝大多数时间段内大于0，并在2019年与UB曲线相交，但未超过0.05显著性水平，表明赣中南春霜日数未出现突变现象。

3 结论与讨论

3.1 江西省茶叶春霜冻时间变化特征

3—4月为江西春茶生长和采摘的关键期，其中3月发生春霜冻的可能性最高，且以轻度霜冻为主。特晚终霜期均出现在1997年之前，偏晚终霜期均出现在2011年之前。59年来，茶叶春霜冻的长期变化趋势表现为终霜期明显提早，春霜日数显著减少，且变化速率赣东北大于赣西北，赣西北大于赣中南，其中平均终霜期赣东北、赣西北、赣中南发生突变的年份分布在1988、1996、1980年，突变后的平均终霜期比突变前提早了6～8 d;平均春霜日数赣东北、赣西北发生突变的年份分别是1997、2016年，比突变前减少了3～4 d，而赣中南在95%的显著性水平下未发生突变。说明受到气候变暖的影响，江西茶叶在春季发生霜冻的可能性在逐渐减小，但这并不意味着春霜冻灾害一定减轻，因为在气候变化的大背景下，我国春季气温波动幅度加大[19]，因此未来完全有可能出现严重霜冻，而极短时间的霜冻就能对茶叶造成极大的危害，茶叶生产上仍需要加强对春霜冻灾害的警惕。

3.2 江西省茶叶春霜冻空间分布特征

赣中南平均终霜期出现得最早，而赣东北出现得最晚，最早和最晚相差12 d，其中全省最晚的1次终霜期（2010年4月16日）出现在赣西北的修水市、瑞昌市、都昌县和湖口县。平均春霜日数自南向北递增，其中以南面的遂川县、崇义县、会昌县和上犹县春霜冻发生的可能性最低，而北面的修水县发生春霜冻的可能性最高，适宜栽种抗寒抗冻性较强的品种。早春气温较低，霜冻出现的概率也较高[13]，李柏贞等在研究1961—2015年江西省气温变化特征中指出，江西省年平均最低气温的空间分布呈“南高北低”特征[20]，本研究的结论与之相同。

3.3 江西省茶叶春霜冻防御对策

在气候变暖的背景下，加强茶叶春霜冻灾害的防御，是提高春茶产量和品质的关键因素之一。（1）新建茶园和改造茶园时尽量选择阳坡、抗寒性强的品种，合理布局茶园;（2）加强茶园培育管理和设施建设，以提高茶树抗冻防冻能力;（3）在3—4月春茶生长的关键时期，应密切关注天气预报，根据预报合理安排采摘期，在霜冻来临前因地制宜采取铺草、遮阳网覆盖、熏烟、灌水等方法进行防护，以将霜冻损失降至最低。

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