陕南地区茶树生长的气候适应性分析

李 双， 杜建括， 邢海虹

(陕西理工大学 人文学院，陕西 汉中 723000)

茶树(CamelliasinensisL.O.Ktze.)在我国经济作物中占有重要地位，气象要素是影响茶叶产量与质量的重要因素。陈芳等[1]指出-2 ℃左右的低温造成茶叶严重减产，影响茶叶品质；刘瑞娜等[2]基于温湿度、日照气候指数量化了安徽省春茶、夏茶和秋茶的气候品质等级。气候资源的变化直接影响着茶树生长的气候适宜区，全球气候变化背景下，预计未来低纬度地区茶的适宜分布范围减少，中高维度适宜区范围增加[3]。无论是低温冻害对茶产量的影响，还是气候变化对茶树适生范围的影响，均表明合理利用气候资源是茶叶高产、高效、优质的前提和基础。茶树种植的气候适宜性等级划分对茶产业以及生态农业的发展尤为重要。随着空间信息技术的发展，ArcGIS强大的空间分析功能在农作物种植气候区划方面的应用越来越普遍，已取得较高精度的区划和评估结果[4-6]。目前已有学者利用GIS开展了茶树种植适宜区的分析[7-9]，为茶树种植提供科学的参考依据。

陕南地区位于我国亚热带气候区的最北部，处于秦巴山区，与同纬度的其他茶产区相比，有高大山地的庇护，可阻挡寒潮影响，茶树越冬条件更为优越[10]。作为我国纬度最高的茶产区之一，陕南地区茶叶具有茶芽生长缓慢，有效成分含量高的特点，又因该地区土壤、水质中富含锌、硒等微量元素，使得本区成为我国最北缘优质茶产区——“江北茶区”的重要组成部分[11]，茶产业发展前景广阔。在当地政府引导下，陕南地区茶品牌的建立已取得初步成效，如“汉中仙毫”品牌，其中包括“午子仙毫”“定军茗眉”“宁强雀舌”“紫阳毛尖”，已在市场上获得一定的知名度。近年来，茶种植和茶产业发展成为陕南地区群众脱贫致富的重要产业门类。基于此，本文利用均值、模糊数学分析、地统计学等相关方法对陕南地区茶树种植适宜区进行了精细化专题气候区划，其结果可为茶树种植范围的规划及茶产业可持续发展提供参考。

1 数据来源与方法

1.1 数据来源

本研究采用的数据为陕南地区12个国家标准气象站(图1)1961—2015年的地面气象数据。数据来自中国气象数据网(https://data.cma.cn)。

图1 陕南气象站点分布图

1.2 研究方法

为了描述一个区域气候的长期整体特征，对多年气象要素求平均是气象领域普遍应用的资料处理方法[12]。以陕南地区12个气象站点近55 a(1961—2015年)的数据资料为基础，将年均气温、≥10 ℃活动积温、多年平均极端低温、年降水量、相对湿度、日照百分率等6个气象要素与茶树生长气候标准[13]相结合，对陕南地区茶树生长气候适应性做详细评价，并以此为依据规划出茶树种植气候适宜区。

1.2.1 茶树生长的气候条件划分

茶树作为亚热带经济作物，具有喜温不喜强光、喜湿耐阴的特点[14]，参考已有文献，综合气温、降水、光照三大气象要素，将茶树生长的气候条件划分为适生条件、可生条件和有害条件[13]，主要指标见表1。气温主要通过年均气温、≥10 ℃活动积温、多年平均极端低温影响茶树的生长。降水主要通过年降水量和相对湿度影响茶树生长，降水量少或相对湿度低会使茶叶变得粗硬，质量下降。日照主要通过日照百分率影响茶叶质量，日照百分率小，则鲜叶氨基酸含量高，茶品质较高。

表1 茶树生长农业气候指标

1.2.2 气候适应度分析方法

通常把茶树生长与气候之间的对应关系称为气候适应度。它是包括气温、降水、光照在内的多种气象要素综合作用的结果。本文先利用模糊数学的方法对气象要素进行定量化分析和数学化描述，再将影响茶树生长的多种气象要素转化为单一量化指标，即气候适应度。气候适应度的定义域为[0，1]，气候适应度越接近1则表示越适宜种植茶树，越接近0则表示越不适宜茶树生长。根据茶树生长的农业气候指标(表1)及受农业气候要素影响变化的柯西型分布模式，确定了各要素的隶属度函数，计算方法如公式(1)—(6)[13]：

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

式中x1为年均气温(℃)，x2为≥10 ℃的活动积温(℃)，x3为多年平均极端低温(℃)，x4为年降水量(mm)，x5为相对湿度，x6为日照百分率。

通过上述隶属度函数计算出所需6个气象要素的隶属度后，再计算出陕南地区各地茶树生长的相对距离模糊度和气候适应度，计算公式如下：

(7)

MA=1-RA，

(8)

式中RA为A地点茶树最适宜生长的相对距离模糊度，MA为气候适应度，μAi为第i(i=1,2,3,4,5,6)个指标气候隶属度。

2 结果与分析

2.1 陕南地区茶树种植的气候适应性分析

通过对陕南地区12个气象站点近55 a(1961—2015年)的气温、≥10 ℃活动积温、极端低温、年降水量、相对湿度、日照百分率进行均值处理，得出陕南地区各地主要气象要素(表2)。利用地统计学中的样条函数方法进行插值，直观展现陕南各县区主要气象要素的空间分布(图2)，并依据茶树生长的农业气候指标分析陕南地区茶树种植的气候条件。

表2 陕南地区各地主要气象要素

图2 陕南地区各农业气象要素的空间分布

由陕南地区气温的空间分布图(图2(a))可以得出，陕南地区高温中心以汉滨区为核心，向周边延伸到岚皋县、紫阳县、汉阴县以及旬阳县和平利县一带，低温中心在留坝县、佛坪县一带，整体分布特征为中部气温高，四周气温低，南部高于北部地区，与地形基本呈正相关。结合表1和表2可知，陕南地区大部分区域近55 a(1961—2015年)的年均气温在10 ℃以上，能够满足茶树生长的基本热量需求，但留坝县与佛坪县北部的小部分地区气温略低，成为茶树种植的限制性条件。

≥10 ℃活动积温均值空间分布(图2(b))显示，除留坝县和佛坪县北部小部分地区积温低于3500 ℃无法满足茶叶生长需要外，陕南其他区域均可满足茶树生长的积温要求。宁强县、略阳县、勉县北部、城固县与洋县中部地区、佛坪县南部、镇安县北部、山阳县和商州区大部分地区以及洛南县东部热量不足，这些地区多位于北部山区，海拔相对较高，茶树在这些地方生长较为缓慢；而勉县、汉台区、南郑县、城固县、洋县、西乡县、镇巴县等地热量较高，≥10 ℃积温处于4300～4940 ℃之间，是符合茶树生长次适宜区。高温中心位于汉滨区、平利县和岚皋县北部、紫阳县东北部、汉阴县东部以及旬阳县西部小部分地区，积温在4940～5222 ℃ 之间，是符合茶树生长的最适宜区。

由陕南地区多年平均极端低温(图2(c))可知，陕南多年平均极端低温的最低值出现在留坝县北部小部分地区，该地区多年平均极端低温大致在-13.5～-12.1 ℃之间，低于茶树生长所能承受的最低气温，不适宜茶树生长，该地区若种植茶树则将面临严重冻害风险，茶树难以越冬。多年平均极端低温的最高值出现在陕南中部海拔较低的汉江河谷地区，大致在-6.7～-4.78 ℃，高于-8 ℃，能很好的满足茶树越冬需要，保证了冬季茶树根系的生长。除此之外的其他地区，如宁强县、略阳县南部、勉县中部、洋县中部、宁陕县南部、镇安县南部、白河县大部地区，多年平均极端低温高于-10 ℃，这些地区虽能满足茶树生长的基本需求，但极端低温偏低，应重点关注茶树过冬问题，对茶树冻害予以重视。

茶树生长期对水分的要求较高，且水分主要来源于降水。由陕南地区多年平均降水量的空间分布(图2(d))可知，陕南中南部降水量多大于1000 mm，镇巴县降水量达到1322～1510 mm，较适宜茶树生长；降水量最少的地区位于商洛市商州区和洛南县，降水量为573～722 mm，少于800 mm，不宜于茶树生长。其他地区的降水量虽能满足茶树的正常生长，但是整体降水量偏低。降水量是陕南地区茶树种植的短板因素，因此在实际种植过程中，应利用科学技术及人工手段弥补这项不足，从而提高茶叶的产量与质量。

由陕南地区相对湿度的空间分布(图2(e))可知，陕南地区相对湿度总体呈西南-东北递减的趋势，相对湿度最大的地方集中在留坝县北部、宁强南部以及南郑区西南部小范围地区，该地区相对湿度介于79%～81%，适宜茶树的生长，有利于茶树营养物质的积累；陕南地区东北部即洛南县、商州区、山阳县、柞水县、丹凤县、商南县、镇安县大部、旬阳县东北部及白河县北部小范围区域为相对湿度较低的地区，相对湿度范围在62%～70%，远小于茶树生长最适宜相对湿度(≥80%)，因此受到空气相对湿度的影响，该地区茶树所产茶叶质地粗硬、品质较差；其他地区相对湿度介于71%～79%之间，较接近茶树最适生长的湿度条件，是茶树种植的次适宜区。

日照百分率主要用于衡量由于其他天气状况，如多云、阴雨等使日照时数小于理论日照时数的程度。陕南地区日照百分率范围介于23.97%～46.58%(图2(f))，均小于60%，除洛南县和商州区北部外均低于45%，说明该地区茶树均可成长，且多处于茶树生长的最适范围以内，符合种植茶树要求。但一般来说，日照百分率越低，茶树鲜叶氨基酸含量越高，茶品质越好。品质较高的茶产区日照百分率一般需要≤35%，以此为依据并结合图2(f)可以得出，陕南地区的镇巴县全部、略阳县、南郑区、西乡县、紫阳县、岚皋县、镇平县等的大部以及宁强县、城固县、洋县、平利县等部分区域的日照百分率完全满足这个标准，符合产出品质较高茶叶的种植条件。

2.2 陕南地区茶树种植气候适宜性区划分析

在对已有气象要素各种插值方案比较和陕南地区现有数据空间点分布状况分析的基础上，选择样条插值方法对陕南地区茶树种植的气候适应度MA进行空间插值，并确定MA≥0.7、0.51≤MA<0.70、MA<0.51依次为适宜、次适宜、不适宜3个等级。由于茶树生长除气候外还受其他因素的影响，如地形、土壤、海拔等。本文所做茶树种植区划仅是在分析气候的基础上做出的区划(图3)。

图3 陕南地区茶树种植气候区划图

2.2.1 适宜区

适宜区为气候适宜度MA≥0.7的地区，主要分布在陕南地区的南部。汉中地区主要包括城固县南部、南郑区东南大部分地区、西乡县大部、镇巴县、宁强县东南的小范围区域。安康地区主要包括石泉县的南部地区、汉阴县西南部、紫阳县、汉滨区西南部以及岚皋县西部地带。

该区年均气温在13.5～16.1 ℃之间，能够满足茶树生长所需的基本条件；≥10 ℃活动积温4300～5222 ℃之间，与南方茶产区相比平均积温稍显不足，但都在茶树可生范围内；多年极端低温-4.78～-7.24 ℃均高于-8 ℃，此区域范围内茶树可安全过冬；该区域年降水量多介于989～1521 mm，相对湿度在74%～81%范围内，日照百分率在27.73%～35.27%之间，能满足陕南茶树生长的气候需求。该地区海拔较高，多云雾阻挡，因而导致日照少，蒸发小，空气湿度较大，热量条件没有陕南地区中部充沛，总体而言适宜茶树生长。作为陕南地区茶叶的主要产区，该区茶树种植历史悠久，但冬季极端最低气温低于0 ℃，且降水量稍显不足，因此也应采用部分人工措施来弥补自然条件的不足。

2.2.2 次适宜区

次适宜区的气候适应度基本在0.51≤MA<0.70，主要分布在陕南地区中部，包括宁强县大部地区、略阳县中南部地区、勉县大部地区、洋县的中南部地带、石泉县北部地区、汉阴县北部地区、平利县全境、镇坪县全境、白河县大部地区、山阳县南部及东南部、商南县全境，以及以汉台区、汉滨区、商州区为中心的周边海拔在1200 m以下的地区。

该区大致位于陕南中部地区，海拔与气候适宜区相比有所降低，年均气温在11.89～14.36 ℃，年降水量为855～988 mm，均为种植茶树的次适宜条件。总之，该地区降水量总体偏少，部分地区降水量仅能满足陕南茶树生长所需气候条件的下限。在种植过程中可适量灌溉，以弥补茶树生长过程中水分的不足。

2.2.3 不适宜区

不适宜区为气候适宜度MA<0.51的地区，大部分位于北部海拔较高，热量条件较差的深山地区，主要包括略阳县与勉县北部小部分地区、留坝县与洋县北部地区、佛坪县北部、宁陕县北部、柞水县、商州区、洛南县等地。

该区主要集中在陕南地区北部，年均气温在10.23～11.88 ℃之间，≥10 ℃活动积温多低于4300 ℃，多年平均极端低温较低，茶树难以过冬，面临着较大的冻害风险，且该区域部分地区降水量不足，如商州区降水量≤800 mm，并且商州区相对湿度较小，日照百分率较大，无法满足茶树生长需要，因此就现有农业气象要素的分析结果来看，该地区不适合茶树种植。

3 结论

本研究依据陕南地区12个气象站点近55 a(1961—2015年)的地面气象数据，结合茶树种植的农业气候指标，逐一分析了年均气温、降水量、日照百分率、相对湿度、≥10 ℃活动积温、多年平均极端低温条件下的陕南茶种植适应性。

(1)借助气候适应度指标划分了陕南地区茶树种植气候适宜区，适宜区主要分布在陕南南部纬度较低的地区，次适宜区主要分布在适宜区以北的河谷、平原地区，不适宜区主要分布在陕南北部地区。

(2)在各气象要素中，气温对茶树生长与茶叶品质的影响较大。陕南地区与南方茶产区相比，纬度较高，热量条件稍显不足，但因此茶树生长周期较长，茶叶品质高于其他生长周期较短地区所产出的茶叶，但产量较其他茶产区而言较低。因此陕南地区应扬长避短，发挥其气候优势，专注于提高茶叶品质及其副产品的附加值，走较高端路线，打造地区茶产业品牌，以此来规避因产量不足而带来的劣势。

(3)在各农业气象条件中，陕南地区降水量是其短板因素，也是陕南地区茶种植的主要限制因素。因此在实际种植过程中，应使用现代化手段弥补降水量的不足，如采用人工灌溉、滴灌等，以提高茶产品的质量和产量。