近30年江西省茶叶春霜冻害风险分析与区划

黄尚书，孙永明，吴 艳，何绍浪，余跑兰，林小兵

（1.江西省红壤研究所，江西 南昌 330046；2.江西农业大学 国土资源与环境学院，江西 南昌 330045）

江西是产茶大省。近年来，在省委、省政府一系列的茶叶产业发展方针和扶持政策指引下，形成了赣东北、赣西北、赣中和赣南这4大优势产区，茶产业总体呈现出产业规模扩大、产业品质提高、区域优势凸显、经济效益增加的良好发展态势。据统计，2018年，江西省茶园面积达11.4万hm2，遍布11个设区市90个县（市、区），涉茶农业人口超过400万，实现农业产值达64.88亿元，显然，茶产业已成为增收致富的重要来源。因此，将茶产业做大做强，对加快江西省生态文明试验区建设，推进江西省生态优势转化为产业优势和经济优势以及实现江西省绿色崛起和乡村振兴等方面具有重要的现实意义。

春茶品质最好，经济效益最高，在茶叶生产中占据重要地位［1］。茶叶春霜冻害是指早春（3～4月）气温回暖，茶树正处于生长期和春茶采摘关键期，此时降温对茶树生长影响较大并使茶芽受冻，造成春茶产量减少、品质下降的现象。不同区域由于气候条件的差异，茶叶春霜冻害的标准也有所不同。Christersson等［2-3］认为，早春出现0 ℃以下低温时，茶叶的新梢芽叶就会受到霜冻危害；李亚春等［4］在苏南茶区茶树春霜的研究中表明，日最低气温不高于2 ℃时茶树将发生春霜冻害；更多学者［5-7］认为，日最低气温低于4 ℃时，已萌发的新梢茶芽因抗寒能力弱，极易遭受春霜冻危害。目前，相关学者对茶叶春霜冻害的研究主要集中在春霜冻害的时空分布特征［6-9］.、风险评估［10-13］和防御措施［14-17］等方面，取得了一定的研究成果，为我国茶叶产业健康、可持续发展提供了重要的理论依据和技术支撑。江西省地处中低纬度的过渡地带，受气候变化的影响，加上地形复杂多样，使得江西省春霜冻害等气象灾害频发，严重威胁着茶叶的安全生产，并造成重大的经济损失。但目前对江西省春霜冻害的研究相对较少，仅李柏贞等［18］结合江西省旱灾和冻害的发生规律，对江西气象灾害风险进行了评价与区划，但还是缺少对江西茶叶春霜冻害的深入研究。因此，本文基于1991～2020年江西省26个气象站点的气象资料，分析了近30年来江西省茶叶春霜冻害的发生规律，对江西省的春霜冻害进行风险区划，以期为江西茶产业的合理规划布局提供理论依据，为江西茶叶春霜冻害的防御提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 数据来源

本研究所用的江西省26个气象站点资源（1991～ 2020年逐日最低气温观测资料）均来源于国家气象信息中心（http：//data.cma.cn/）。根据江西茶叶的分布，将江西省分为赣南、赣中、赣东北、赣西北4个地区（表1）。

表1 江西省各气象站的地理位置

1.2 研究方法

1.2.1 茶叶春霜冻害等级指标 根据相关研究结果［5-7］及气象行业标准［19］，将3、4月的日最低气温（Tmin）≤4 ℃定义为茶叶春霜冻指标，并将其划分为3个等级：轻度霜冻（2 ℃＜Tmin≤4 ℃）、中度霜冻（0 ℃＜Tmin≤2 ℃）、重度霜冻（Tmin≤0 ℃）。

1.2.2 春霜冻发生天数的变化倾向率 春霜冻发生天数与年份的线性回归系数a，使其变化可用一次线性方程表示：

式（1）中，y为茶叶春霜冻发生天数（d），x为年份，a为回归系数，b为回归截距。以a×10为气候变化倾向率，表示茶叶春霜冻发生天数平均每10年的变化速率（d/10 a）。

1.2.3 春霜冻害发生频率 将每年3～4月早春霜冻日数≥1 d视为有春霜冻害发生的年份，则各等级春霜冻害发生频率计算公式如下：

式（2）中：i表示霜冻等级，同一年份若各等级春霜冻害均有发生，以该年最严重春霜冻害确定其等级；Pi表示各等级霜冻害发生的频率，ni表示各级早春霜冻害次数≥1的年数，N为资料总年数（本研究为30 a）。

1.2.4 茶叶春霜冻害风险指数 根据农业气象灾害风险原理，灾害风险性大小主要由致灾因子强度与频率影响，根据相关研究［20-21］，茶叶春霜冻害风险指数计算公式如下：

式（3）中：I为茶叶春霜冻害风险指数，i=1、2、3，分别表示轻度、中度、重度冻害等级，Pi为茶叶春霜冻害i级冻害发生频率，Li为第i级冻害对应灾损系数，茶叶轻度、中度和重度春霜冻害的灾损系数分别取0.3、0.5和0.7［22-23］。

1.3 数据处理

采用Excel 2010软件进行气象资料整理统计、相关指数的计算及图表绘制，采用SPSS 17.0软件进行相关性和显著性分析，采用surfer 9.0软件进行Kriging插值。

2 结果与分析

2.1 江西茶叶春霜冻日数的年际变化

江西省不同地区茶叶的春霜冻日数年际变化（图1），1991～2020年江西省各地区春霜冻发生日数随年份呈现出年与年、多年与多年之间的波动式变化，均呈现了下降趋势。从不同地区来看，近30年来，江西省的年平均春霜冻害发生日数表现为赣南（1.36 d）＜赣东北（3.09 d）＜赣中（3.24 d）＜赣西北（5.81 d）；同时，江西省茶叶春霜冻害平均发生日数变异表现为赣南（1.12）＞赣东北（0.71）＞赣中（0.61）＞赣西北（0.43）；江西省茶叶春霜冻害发生日数从东南到西北呈增加趋势，而茶叶春霜冻害发生日数的年际波动则呈变缓趋势。通过进一步计算江西省各地区春霜冻害日数的年际变化趋势发现，赣南、赣中、赣东北及赣西北的春霜冻害日数变化倾向率分别为-0.112、-0.82、-0.679、-1.37 d/10 a，全省平均为-0.847 d/10 a，其中赣中、赣西北及全省平均的春霜冻害日数变化呈显著（P＜0.05）或极显著（P＜0.01）线性关系，说明江西省茶叶春霜冻害发生日数总体呈显著下降趋势（P＜0.05）。

图1 1991～2020年江西省不同地区茶叶春霜冻害天数的年际变化

2.2 江西省茶叶春霜冻害高发时段分析

由图2可知，江西省各地区的茶叶春霜冻害主要发生在3月上旬，其中3月上旬茶叶春霜冻害发生天数占总发生天数的比例以赣南（69.33%）和赣东北（65.89%）较高，以赣西北最低（48.92%）；3月中旬各地区茶叶的春霜冻害发生天数占总发生天数的比例大致相当，为22.09%～25.32%；3月下旬赣中和赣西北有相当比例的春霜冻害发生，分别占总发生天数的13.11%和16.28%；进入4月份后，各地区茶叶春霜冻害发生的天数显著降低，仅占总发生天数的0.61%（赣南）～9.47%（赣西北），其中赣南和赣东北在4月中旬和下旬无茶叶春霜冻害发生，而赣西北地区直至4月下旬还偶有茶叶春霜冻害发生（平均发生天数为0.03 d）。

图2 1991～2020年江西省各地区茶叶春霜冻害天数的时间分布

2.3 江西省茶叶春霜冻害的发生频率

根据式（2）计算了1991～2020年江西省茶叶春霜冻害的发生频率（图3）。江西省茶叶春霜冻害发生频率平均为79.23%，江西省各地区茶叶春霜冻害发生频率表现为：赣南＜赣中＜赣东北＜赣西北。从不同等级春霜冻害发生频率来看，重度和中度春霜冻害的发生频率均以赣南最低（分别为4.17%和17.50%），分别以赣西北（28.75%）和赣东北（32.78%）最高；轻度春霜冻害的发生频率则以赣西北最低（30.00%），赣东北最高（34.17%）。总体来看，全省的茶叶春霜冻害以中、轻度为主，但赣西北的重度春霜冻害发生频率也相对较高。

图3 1991～2020年江西省茶叶春霜冻害的发生频率

2.4 江西省茶叶春霜冻害气候风险区划

按照式（3）计算江西省茶叶春霜冻害风险指数（图4）。江西省春霜冻害风险指数平均为0.36，春霜冻害的风险指数表现赣南（0.22）＜赣中（0.35）＜赣东北（0.38）＜赣西北（0.43），说明赣西北茶叶春霜冻害受灾风险最高，赣中和赣东北受灾风险大致相当，赣南受灾风险最低。

图4 江西省各区域茶叶春霜冻害的风险指数

根据风险指数计算结果，结合相关研究结果，将江西省茶叶春霜冻害风险划分为基本无冻害区（I＜0.2）、轻度冻害风险区（0.2≤I＜0.4）、中度冻害风险区（0.4≤I＜0.6）、重度冻害风险区（I≥0.6）。采用Kriging法对江西省26个气象站点风险指数进行插值，并根据经验判断，江西省茶叶春霜冻害风险区分类及区划最终结果如表2所示。

表2 江西省茶叶春霜冻害的风险区划

3 讨论与结论

多数研究认为我国霜冻日数一致表现为下降趋势［6，24-25］。本研究结果显示，近30年来，江西省的年平均春霜冻害发生日数为3.71 d，茶叶春霜冻害以-0.847 d/10 a的倾向率显著下降（P＜0.05），证实了以上相关研究结论，原因在于全球变暖背景下的江西省最低气温随时间变化持续上升，进而影响了江西茶叶春霜冻害发生的平均日数。目前，对茶叶春霜冻害发生天数时段分布的研究鲜见报道。本研究结果表明：江西省3月上旬茶叶春霜冻害发生天数占总发生天数（3～4月）的48%以上，而3月中下旬也有相当比例的茶叶春霜冻害发生（占总发生天数的30.06%～41.61%），随着时间的持续推进，气温回升，致使春霜冻害发生的天数持续下降。本研究认为，江西省茶叶春霜冻害的主要防控时段应在3月上旬，同时兼顾3月中、下旬。另外，赣西北地区进入4月份后春霜冻害发生天数占总发生天数的9.47%（约0.55 d/a），因此，对赣西北地区4月份的茶叶春霜冻害也需要给予一定的关注。

茶叶受冻的内因主要是低温导致重嫩芽的细胞受损，而春季茶芽开始萌发，含水量较高，其中自由水含量比例升高，渗透势降低，茶芽受冻的可能性提高［26］。从外因来看，茶叶冻害的发生频率受季节、地理位置、地形等因素影响较大［27-28］。本研究表明，近30年来江西省茶叶春霜冻害的发生频率相对较高，除赣南地区（55.83%）春霜冻害发生频率相对较低外，赣中、赣西北及赣东北等地区春霜冻害的发生频率均在75%以上；从不同等级春霜冻害的发生频率来看，江西省大部分地区茶叶以轻度春霜冻害为主，各地区轻度春霜冻害的发生频率均在30%以上，赣中、赣西北和赣东北这3个地区中度春霜冻害的发生频率较高（＞27%），而重度春霜冻害主要是发生在赣西北地区，其重度春霜冻害的发生频率为28.75%。可见随着纬度升高，江西省茶叶春霜冻害的发生频率和程度均呈增加趋势，符合茶叶春霜冻害随纬度变化的规律。另外，江西省的高山地区（如井冈山、庐山）较多，高山地区冻害发生频率较高，海拔对茶叶春霜冻害的影响也不容忽视。计算江西省茶叶春霜冻害的风险指数发现，春霜冻害的风险指数表现为赣南＜赣中＜赣东北＜赣西北，也体现了纬度与茶叶受冻害风险的密切关系。根据阮锡章等［20］的研究及经验判断，本研究将江西省茶叶春霜冻害风险指数划分为安全区（I＜0.2）、轻度冻害风险区（0.2≤I＜0.4）、中度冻害风险区（0.4≤I＜0.6）、重度冻害风险区（I≥0.6），并对江西省茶叶春霜冻害风险进行了区划，为江西省茶叶春霜冻害的预测与防治提供了科学依据。

当然，本研究也存在一定的不足之处：只收集了江西省26个气象站点的数据，开展的江西省茶叶春霜冻害风险分析与区划存在精确度不高的情况。因此，江西省茶叶春霜冻害风险区划图只能反映整体大致情况，并不能精确反映每个地方的风险指数。