粤北山区引种中国名茶的气候相似性分析

张陈娴，张弘豪，韦翠，赵惠武，何迪，彭静漫

（1.清远市气象局，广东清远 511518；2.阳江市气象局，广东阳江 529500）

茶树喜欢温暖湿润的气候条件［1］，其正常生长的气温要求在10～35℃，超过35℃时茶树生长缓慢或停止，低于8℃时进入休眠期，低于-10℃易产生冻害，全年≥10℃的活动积温要求在3 500℃以上，年降水量一般要在800 mm以上，适宜湿度70%～90%［2-5］。清远地处广东省北部山区，是广东省茶叶主产区。境内林木资源丰富，山地众多，生态地理条件良好，非常适合茶树生长。但清远茶树种植区多集中于南部英德市［2］，而贫困人口更为集中的北部地区，尽管山地多，宜茶面积大，但茶叶种植规模小，各茶区分布较分散，且缺乏技术力量支撑，多数存在农户小打小闹，各自种植的现象，使得优质茶树品种和气候资源未得到有效挖掘［6］。

近年来，随着脱贫攻坚工作的大力推进，茶叶作为清远的优势主导产业，已成为粤北山区扶贫帮困计划的目标产业。茶树品种和茶叶品质与气候条件密切相关，在清远推广茶叶种植项目时，需综合考量当地的生态气候条件，引进适宜的优良茶树品种。生产实践证明，将某一物种引到相似气候环境地区时成功概率较大［7-9］。气候相似原理不仅能科学指导农业生物引种，而且对技术引进、农业结构调整、农业气候区划发展等方面也有重要作用［10-11］。为此，本研究运用气候相似原理，通过模糊相似优先比的分析方法，对比清远与中国南方主要名茶产地的气候相似情况，从中筛选气候相似度最高的产地作为清远今后茶树引种的备选产地，旨在为清远优化茶叶种植结构，发展茶叶经济，助力精准扶贫提供科学依据。

1 资料和方法

1.1 资料

为了精细化研究粤北山区引种中国名茶的气候相似性特征，由于区域站建站年份限制，选用1962—2019年清远7个国家站、2009—2019年131个区域站的气象资料作为研究基础，气象要素资料包括年平均温度、年平均降水量、年平均日照时数、≥10℃积温、最冷月1月平均温度、最热月7月平均温度、年平均相对湿度、极端最高气温、极端最低气温等9项。

选取多种中国名茶作为拟引进样本，分析粤北山区的气候环境与名茶样本种植环境的相似程度。通过查阅资料，专家咨询，年均气温、降水初步对比等方法共选出13种中国名茶，其产地及名称分别为安溪铁观音、永春佛手茶、武夷岩茶、福鼎白号银针、杭州龙井、黄山毛峰、六安瓜片、苏州碧螺春、庐山云雾、云南普洱、安化黑茶、君山银针、都匀毛尖。

1.2 研究方法

1）海明距离。

海明距离是一种衡量特征距离的计算方法，其主要目的是找到两个特征之间的差异大小，也称相似性。对于固定的长度海明距离是该长度字符向量空间上的度量，在模糊相似优先比（简称相似比）中一般采用海明距离作为相似优先比测度［12］，如对待判样本xi与固定样本xk之间进行比较，海明距离d可定义为

2）模糊相似优先比（相似比）。

模糊相似优先比（相似比）是模糊性度量的一种形式，它是以成对的样本与固定的样本作比较，确定哪一个与固定样本更相似，从而选择与固定样本相似程度较大者［13-14］。如引种备选地i区域、j区域相对于清远种植地k的某个气象因子x的相似比较，以海明距离作为测度其相似比计算公式为

rij＝，其中rij为引种地i和j相对于种植地k的相似比结果，d为引种地与种植地之间的海明距离。若rij在［0.5，1.0］之间，表示xi比xj优先；rij在［0.0，0.5］之间，表示xj比xi优先。对给定的样本合集X＝｛x1，x2…xn｝与固定样本xk建立该气象要素因子的相似比n次矩阵R＝［rij］n×n，由λ水平截集评选出相似次序，λ值在矩阵中由大到小选定，矩阵中≥λ的数值取1，否则取0，以在λ值下降过程中首先达到除对角线外全行数值为1的那一行样本最相似，并记以分值1，然后删除矩阵相应的行和列，并降低λ水平值，继续寻找以此类推，直至矩阵处理完毕。由此每一个气象因子都产生一个反映相似程度的序号值，添加权重计算后将各个气象因子的序号值相加，便得到反映待判样本与固定相似程度的综合序号值，综合序号值越小，该样本与固定样本就越相似［13-14］。

3）各气象因子权重计算。

考虑到一组农业气候指标中各气象因子所起的作用有所差异，因此对各气象因子相似比分值进行权重处理［13］：其中，n为气象因子数，R′i为添加权重后的相似比分值，R′ik为原相似比分值，wk为各气象因子权重值。权重值参考了国内名茶产区茶树种植的研究成果，在此基础上由清远农业专家根据清远茶树实际情况进行打分，然后采用层次分析法得出9个气象因子相应权重为年平均温度（0.2）、年平均降水量（0.2）、年平均日照时数（0.12）、≥10℃积温（0.1）、最冷月1月平均温度（0.05）、最热月7月平均温度（0.05）、年平均相对湿度（0.12）、极端最高气温（0.08）、极端最低气温（0.08）。

2 结果与分析

2.1 清远茶树种植气候特征总体评价

统计清远市1962—2019年7个国家站气候平均值（表略）发现，阳山、英德、佛冈、清城区年平均气温20.6～21.9℃，年平均降水量1 853.0～2 129.8 mm，年平均日照时数1 582.5～1 730.4 h，全年≥10℃积温6 717.9～7 527.5℃，最冷月1月平均气温10.3～12.8℃，最热月7月平均气温28.2～29.0℃，极端最高气温37.2～38.5℃，极端最低气温0.4～3.0℃，年平均相对湿度76.3%～77.3%。整体气候表现温暖湿润，降水和热量充足，有35℃以上极端高温灾害风险，但无0℃以下极端低温灾害风险，总体适宜优质茶叶生长。而广东最北端的连南、连山、连州最冷月1月平均气温9℃左右，低于茶叶正常生长范围10℃下限，同时存在35℃以上极端高温灾害风险和0℃以下极端低温灾害风险，但无10℃以下低温冻害风险。除此之外，其余热量条件、降水条件和光照条件均较适宜茶树生长。

2.2 清远各县区气候相似分析

将1962—2019年清远市7个国家气象站数据与所选的13个名茶样本产地国家气象站数据（表略）进行相似比，添加权重计算后得到待选名茶产区与清远各县区气候相似性综合序号值（表1），数值越小表示引种候选地与清远的气候环境相似程度越高。可知在13个名茶产区中，与连南气候相似度最高的地区为庐山市（综合序号值为4.1）；与连州气候最相似地区为安化（综合序号值3.9）；与连山气候最相似地区为六安（综合序号值4.3）；与阳山气候最相似地区为杭州（综合序号值4.0）；与佛冈气候最相似地区为六安、安化（综合序号值均为4.1）；与英德气候最相似地区为六安、都匀（综合序号值均为3.4）、与清远（市区）气候最相似地区为安化（综合序号值均为3.2）。综合全市来看，与清远市气候相似度最高的前5个地区依次为安徽省六安市（综合序号平均值最低为4.2排名第1，且清远所有县都与其气候相似）、湖南益阳安化（综合序号平均值为4.5排名第2，且清远有5个县与其气候相似）、浙江省杭州市（综合序号平均值为4.6，排名第3）、贵州都匀市（综合序号平均值5.4，排名第4）、江西庐山市（综合序号平均值6.1，排名第5，且清远有两个县与其气候相似），上述地区可作为清远及各县引种备选产地。

表1 设置权重后待引进名茶样本与清远各县区气候相似性综合序号值1）

2.3 清远各乡镇气候相似分析

根据2.2节所得结果，将杭州、六安、庐山、安化、都匀5个国家站气象数据作为固定样本，清远131个区域站气象数据作为待判样本进行相似比得到清远基于乡镇的相似比表（表略），在清远全市范围内筛选气候相似度较高的种植地。由于清远区域站建站时间差异较大，故选取站点较多的时段（2009—2019年）进行数据统计以求分析结果尽可能覆盖更多的乡镇。利用GIS技术对相似比结果进行插值画图［15］（图1），推算出清远其他无测站地区的相似分布情况，以满足精细化气候相似分析的要求。

图1 浙江杭州（a）、安徽六安（b）、江西庐山（c）、湖南益阳安化（d）、贵州都匀（e）在清远的气候相似种植地分布情况

为更直观地描述清远各乡镇气候相似程度，表2将相似值划分为4个等级：最相似区、次相似区、基本相似区、不相似区。由图1可知西湖龙井、六安瓜片、庐山云雾、安化黑茶、都匀毛尖在清远的气候相似种植区（相似比＜50）大部重叠，表明在清远选定一个气候相似区，可考虑引种上述5种名茶，具有较高的开发价值。具体分析各乡镇的相似情况可知，5种名茶中有3种以上茶种能在清远找到重叠气候相似种植区（相似比＜50）的乡镇有清城区飞来峡镇、源潭镇、石角镇、龙塘镇、东城街道、洲心街道、横荷街道；清新区龙颈镇、太和镇、三坑镇、禾云镇、太平镇、石潭镇；佛冈县迳头镇、汤塘镇、水头镇、龙山镇；英德市大湾镇、九龙镇、桥头镇、东华镇、英红镇、西牛镇、横石塘镇、大站镇；阳山县杨梅镇、七拱镇、小江镇、大崀镇、黎埠镇、岭背镇、江英镇、秤架瑶族乡、青莲镇、杜步镇；连州市瑶安瑶族乡、星子镇、西岸镇、西江镇、丰阳镇、九陂镇、大路边镇、东陂镇、龙坪镇；连山县小三江镇、禾洞镇、太保镇、吉田镇；连南县寨岗镇、大坪镇、三排镇。其中最相似种植区（相似比＜30）有清城区飞来峡镇、石角镇、龙塘镇、源潭镇、洲心街道；清新区太和镇、太平镇、三坑镇、龙颈镇；佛冈县水头镇、龙山镇；英德市大湾镇、英红镇；阳山县小江镇、杨梅镇、江英镇、秤架瑶族乡、杜步镇；连州市瑶安乡、东陂镇、九陂镇；连山县禾洞镇、小三江镇；连南县寨岗镇。

表2 基于气候相似比的种植区域划分

从5种名茶在清远气候相似种植区占比分布（表略）来看，各茶种在清远的气候相似种植区占比均接近50%，其中基本相似种植区占比最高在18%～28%，次相似种植区占比16%到20%，最相似种植区占比相对较少在6%～8%。可见无论是引种西湖龙井还是六安瓜片、庐山云雾、安化黑茶、都匀毛尖，在清远都能找到气候相似种植区域，最适宜种植区相对较少，但仍有相当数量的次相似和基本相似种植区可供选择。

3 结论

1）与清远气候相似度最高的茶叶及产区为安化黑茶、六安瓜片、杭州龙井、都匀毛尖、庐山云雾，可作为粤北茶树引种的备选品种。

2）5种名茶在清远的气候相似种植区（相似比＜50）大部重叠，表明在清远选定一个气候相似区，可考虑引种5种名茶，具有较高的开发价值。

3）5种名茶在清远的气候相似种植区域占比均接近50%，可见无论引进5种名茶的哪一种，在清远都能找到气候相似种植区。其中最相似种植区（相似比＜30）有24个：清城区飞来峡镇、石角镇、龙塘镇、源潭镇、洲心街道；清新区太和镇、太平镇、三坑镇、龙颈镇；佛冈县水头镇、龙山镇；英德市大湾镇、英红镇；阳山县小江镇、杨梅镇、江英镇、秤架瑶族乡、杜步镇；连州市瑶安乡、东陂镇、九陂镇；连山县禾洞镇、小三江镇；连南县寨岗镇。