商洛市核心产茶区茶叶产量与气候条件的关系研究

刘燕，王晓彤

（商洛学院 城乡规划与建筑工程学院，陕西商洛 726000）

茶（Camella sinensis）是生活中常见的一种饮料作物，属山茶科。茶叶中含有多种有益成分，并有一定的保健功效，如儿茶素、胆甾烯酮、咖啡碱、维生素、氨基酸、矿物质等[1]有兴奋中枢神经、提神醒脑、消食、利尿等功效。商洛种茶和制茶历史可追溯到清代康熙年间，距今已有360多年的历史。截止2022年底，商洛市茶树种植面积达60.1万亩，产量达1.09万吨，产值达20.48亿元[2]。茶产业已成为商洛区域特色优势产业，与乡村振兴、文化旅游相结合，形成了经济发展新业态，真正实现了从“一叶”到“一业”。J.M.A.Duncan 等[3]通过建立面板数据集和统计模型，研究发现干旱强度对印度阿萨姆邦茶叶产量没有影响，降水强度对茶叶产量有负面影响，在月降水量总量较高的情况下，茶叶产量的回报率比随月降水量的增加而下降。T.W.Tanton[4]在田间和控制环境下，对茶叶生长与温度之间的关系进行了线性分析和正弦曲线模型分析，研究发现在马拉维的正常温度范围内，茶树总枝条伸展与日温度的平均值有关。Sadeeka Layomi Jayasinghe等[5]就当前和未来气候对茶叶产量的潜在影响做了系统评价，研究发现茶叶产量随着CO2水平的升高而增加，但这种增加可能会受到温度升高的显著影响。张璠[6]运用灰色关联分析法量化了不同气候因子对茶树生长的影响，研究了陕南茶区气候因子与茶叶产量之间的关联度，并对茶树生长适宜性进行了评价。杨希光[7]利用GIS空间分析及制图功能，采用模糊综合评判方法，在实现区划指标空间化的基础上，为紫阳富硒茶气候生态适宜性做出区划。马于茗[8]研究了茶树萌动后和茶叶采摘期间不同气象条件对茶叶开采、茶芽生长及茶叶品质的影响，同时参考AquaCrop模型原理及其开源代码，开发研制了茶叶开采期和产量预测软件。朱秀红等[9]对日照市茶叶产量与气象因子进行了相关性分析，筛选出相关性较高的因子，并通过建立多元回归模型对历年产量进行检验，得出了有效的检验成果。但对商洛市茶叶产量与气象因素间的关系进行定量研究的较为鲜见。鉴于此，本文针对商洛市茶树生长期的主要气象影响因子进行分析，旨在为优化茶类品质，发展名优茶种，建设生态茶园，提升产品质量提供理论依据。

1 研究区概况

商洛市处于陕西省的东南部，秦岭南麓，境内岭谷相间排列，地势西北高，东南低，下辖六县一区，其中丹江贯穿全境。是北亚热带和暖温带交界区域，四季分明，具有明显的山地气候特点，各县气候资源有一定的差异。土壤种类丰富，以黄褐土为主，呈微酸性、土体深厚，适宜常绿灌木植物的生长。良好的生态和气候资源为商洛赢得了“南北生物物种宝库”的美誉，也是生产优质有机茶的基本保障。商洛市统计公报显示，2012—2017年商洛市茶树种植面积有所增加，但2017—2018年商洛市茶树种植面积有所减少，2018—2022年商洛市茶树种植面积逐步增加。目前，商洛茶树种植主要分布于商南县、山阳县、镇安县。商南县位于商洛市东南部，该县在20世纪60年代由茶叶专家张淑珍引种茶树成功，成为我国西部最北端的新兴茶区，是商洛主要产茶县之一。山阳县位于商洛市中南部，该县茶树种植起源于20世纪70年代初。随着山阳茶树在缓坡地和耕地上种植，开始发展无性系茶苗，茶园面积迅速扩大，产量和质量也迅速提高，社会影响和知名度得到进一步提高。镇安县位于商洛市西南部，20世纪70年代，镇安县引进的茗山131、乌牛早等，是镇安橡园茶主栽品种，后逐步形成特色产业。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

本文选取了2012—2022年商洛市核心产茶区（商南县、镇安县、山阳县）的年平均气温（℃）、年极端高温（℃）、年极端低温（℃）、年降水量（mm）、年相对湿度（%）、年日照时数（h）、年平均风速（m/s）7个气象指标，数据来源于商洛市商州区气象局及各县气象局。从陕西省统计年鉴和商洛市统计局网站获得2012—2022年商洛市产茶县（商南县、镇安县、山阳县）茶叶总产量数据。

2.2 研究方法

本文在排除茶树种植面积变化、管理技术和人为施肥等因素的基础上，运用SPSS软件，对茶叶年产量与7个气象因子进行相关性分析和主成分分析，寻找影响茶叶产量的主要气象因子，排除影响较小的因子。

3 结果与分析

根据相关研究资料，茶树适宜生长在温暖的环境中。当气温为22～23℃，且水分和空气湿度条件适宜时，茶芽生长速度最快。过高的温度（年极端高温＞35℃）会抑制新梢生长[10]。水分是茶树正常生长的基本条件之一，降雨量不足和过低的空气湿度对茶树的生长都会产生不利影响。茶树正常生长所需的年降雨量应至少为800 mm。在生长季节，月降雨量应不少于100 mm。日照是茶树生存的首要条件[11]，光照强度影响着茶树体内的物质代谢。在弱光下，茶树鲜叶中含大量叶绿素，能有效地利用日光中的蓝紫光和紫外线促进植物体内蛋白质和含氮物的合成与积累，也有利于芳香物质的增加[12]。风速对茶树的影响是间接性的，它首先影响其营养的溶解性和有效性，进而影响茶叶的生长。

商洛市核心产茶区（商南县、山阳县、镇安县）茶叶产量分别受温度、水分、日照与平均风速的影响，结果见表1、表2、表3。

表1 商南县茶叶产量相关显著的主要气象因素

表2 山阳县茶叶产量相关显著的主要气象因素

表3 镇安县茶叶产量相关显著的主要气象因素

3.1 温度对商洛市核心产茶区茶叶产量的影响

3.1.1 商南县温度条件分析

从多年气象资料统计可知，商南县年平均气温为13～14℃，其中极端最高温为40.5℃（2014年）、极端最低温为-13.1℃（2016年）。从气温逐月变化上看，最热月7月平均气温为26.1℃，最冷月1月平均气温为1.9℃。且商南县年平均气温均在10℃以上，1月平均气温均在0℃以上，均适宜茶树生长，可以保证茶树正常成活生长。

根据相关分析可得，商南县年极端高温与茶叶产量呈负相关关系。而年极端低温、年平均气温与茶叶产量均呈正相关，但两者与茶叶产量之间的相关性都比较弱。经商南县多年的气象资料统计，商南县平均年极端最低气温为－8.9℃，发生冻害的概率比较小，对茶叶产量有一定的促进作用。但每年均有超过35℃的高温天气，分析结果说明年极端高温天气对商南县的茶产量有一定减产影响，因为过高的高温会对茶树生长带来危害，从而影响产量。通过对商南县逐月平均气温与茶叶产量的相关性分析，可知3月和8月的平均气温与茶叶产量均呈明显负相关（表1）。即3月和8月的平均气温越低，茶叶产量越高，说明商南县的春温和秋温过高都会影响茶叶产量减产，而其余月份的月平均气温与茶叶产量均呈正相关。这表明茶树生长期中各月平均气温对茶树生长的影响各不相同。

3.1.2 山阳县温度条件分析

根据山阳县多年的气象资料统计，山阳县多年年平均气温为13.1℃。根据相关性分析可得，山阳县年平均气温与茶叶产量之间存在显著负相关关系，相关系数为-0.622（见表2）。山阳县年极端高温和年极端低温与茶叶产量之间均呈负相关关系，而茶叶产量与年极端高温之间的相关系数为-0.44。说明年平均气温较高时，会影响茶叶产量减产；而年极端高温和年极端低温都会导致茶叶产量有所降低。山阳县的极端温度分析结果与商南县的年极端高温分析结果基本一致。

通过对山阳县逐月平均气温与茶叶产量的相关性分析可得，1月、4月、5月、6月、7月、8月、9月、10月和12月平均气温与茶叶产量均呈负相关关系，其中10月的月平均气温与茶叶产量之间的相关性最大，相关系数为-0.869（见表2），说明以10月为代表的秋季温度对茶叶产量有一定减产的影响。

3.1.3 镇安县温度条件分析

根据镇安县多年的气象资料统计，镇安县年平均气温为12.2℃。根据相关性分析得出，年平均气温、年极端高温和年极端低温与茶叶产量均存在一定的正相关，但相关性比较微弱。通过对镇安县逐月平均气温与茶叶产量进行相关性分析可得，4月、7月、10月和12月的平均气温与茶叶产量均呈负相关，其中10月平均气温与茶叶产量呈显著负相关，相关系数为-0.625（见表3），说明以10月为代表的秋季温度对茶叶产量有一定减产的影响。这与山阳县的10月平均气温影响一致,而2月、3月、5月、6月和8月平均气温与茶叶产量均呈正相关，其中5月平均气温与茶叶产量的相关性最大，相关系数为0.683（见表3），表明以5月平均气温为代表的春季温度越高，茶叶产量将越高。

3.2 商洛市核心产茶区茶叶产量与水分条件分析

3.2.1 商南县水分条件分析

根据商南县多年的气象资料统计，商南县多年平均降水量为803.2 mm。单日最大降水量可达152.4 mm，降水主要集中在7月、8月、9月，以7月为最多。该县茶产地多选择在海拔1 000 m以下，年平均相对湿度为68%，水分条件适宜茶树的生长。

根据相关性分析性可得，商南县的年平均降水量与茶叶产量存在一定的正相关性。通过分析逐月降水量和茶叶产量的相关性可得，3月、7月、9月、11月和12月的降水量与茶叶产量均呈正相关，其中7月降水量与茶叶产量的相关系数最大，为0.413（见表1）。即7月降水量越多，商南县的茶叶产量越高。反之，茶叶产量越低。但是1月、2月、4月、5月和6月的降水量与茶叶产量均呈负相关，其中1月的相关系数最大，为－0.460（见表 1），即 1月降水量少的年份茶叶产量越高，反映了茶树在冬季处于休眠期，对水分的需求较少。相关性分析结果显示，商南县年平均相对湿度与茶叶产量之间呈负相关，相关系数为－0.465（见表1）。表明年平均相对湿度过高，对茶叶产量有一定减产的影响。月相对湿度中，大部分月份的相对湿度与茶叶产量呈负相关性，其中相关性较大的为1月和9月。这也反映了湿度过高对商南县茶叶产量有一定的减产影响。

3.2.2 山阳县水分条件分析

根据山阳县多年气象资料统计，山阳县年平均降水量在710 mm左右，且雨热同季生长季时月降水量为50～150 mm，与茶树生长所要求的气候一致，是茶树生长的有利条件。根据相关性分析可得，山阳县年平均降水量与茶叶产量呈正相关关系，逐月降水量与茶叶产量也均呈正相关，其中1月降水量与茶叶产量呈正相关，相关系数为0.601（见表2）。表明山阳县年平均降水量和月降水量越多，茶叶产量越高，反映了山阳县降水量较多的年份和月份，茶叶产量较高。但是5月、7月、11月的降水量与茶叶产量之间却均存在负相关关系。这也反映出山阳县在夏季茶树生长期和冬季茶树休眠期时，过多的降水会阻碍茶树的生长。

茶树种植区的年平均相对湿度标准为60%～78%，而山阳县年平均相对湿度为70%[12]，可见湿度条件较好。通过对茶叶产量与月相对湿度相关性分析得出，秋、冬季（10月、11月、12月、2月）月相对湿度与茶叶产量均呈负相关，其中11月的相对湿度与茶叶产量相关系数最大，为－0.476（见表2）。表明山阳县在冬半年时月相对湿度越低，茶叶产量越高，这是因为冬半年气温较低，茶树一般处于休眠期，对水分的需求较少。而3～5月、7～9月的月相对湿度与茶叶产量均呈正相关，这反映出气温较高的月份，茶树处于快速生长期，对水分的需求较高。

3.2.3 镇安县水分条件分析

根据镇安县多年气象资料统计，该县年降水量为 800～1 000 mm，年平均降雨量为804.8 mm。镇安县90%茶园处在海拔800 m以上，空气相对湿度为60%左右。根据茶叶产量与降水指标的相关性分析可得，镇安县大多数月份的降水量与茶叶产量均呈正相关性，相关关系较为明显的月份在冬季（1月、2月）和夏季（7月、8月），这表明镇安县月降水量对茶叶产量有促进作用。但是5月、11月降水量与茶叶产量均呈负相关，5月的相关系数最高为-0.615（见表3），反映这两个月份的茶树生长所需水分较少。从湿度角度分析，5月、6月相对湿度与茶叶产量均呈负相关，其中5月相对湿度与茶叶产量的相关系数为-0.585（见表3），反映出镇安县茶树在夏季节不需要太高的空气湿度。1月、3月、4月、12月相对湿度与茶叶产量均呈正相关，且3月的相关系数为0.347，相关性较小。在一定程度上反映，冬春季节的月相对湿度较大对镇安县的茶叶产量有促进作用。商洛市三个核心产茶区的年平均降水量均与茶叶产量呈正相关。

3.3 商洛市核心产茶区茶叶产量与日照和风速条件分析

3.3.1 商南县日照与风速条件分析

根据商南县多年气象资料统计，商南县年平均日照时数为1 973.5 h，年平均风速为1.7 m/s。根据相关性分析可得，商南县年平均风速与茶叶产量呈显著正相关，相关系数为0.628（见表1）。即商南县年平均风速越大，茶叶产量越高。反之，茶叶产量越低。且商南县茶叶产量与月平均风速也呈正相关，其中5月、7月份的平均风速与茶叶产量均呈显著正相关。从日照条件分析，商南县2月、3月的日照时数与茶叶产量均呈负相关，且3月的相关系数为-0.446。即商南县初春季节月日照时数过长，对茶树的生长不利。根据商南县茶叶产量与7月、12月日照时数的相关性分析可知，商南县冬夏季节日照时数与茶叶产量呈一定的正相关关系。

3.3.2 山阳县日照与风速条件分析

根据山阳县多年气象资料统计，山阳县年平均日照时数为1 947.9 h，全年风速较小，各月份平均风速为0.7～1.3 m/s。根据相关性分析可得，山阳县茶树越冬期的日照时数与茶叶产量呈负相关，相关性不显著。而在春季，茶叶产量与日照时数呈正相关，相关性微弱，反映出在春季比较弱的光照，有利于茶叶中氨基酸和蛋白质的合成，茶多酚合成比较少，对茶叶生长和品质有利。

山阳县年平均风速、逐月平均风速与茶叶产量均呈正相关，其中5～12月平均风速与茶叶产量均呈显著正相关，且7月的相关系数最大，为0.899（见表2）。即月平均风速越大，茶叶产量越高。反之，茶叶产量越低。表明夏季在适宜的月平均风速条件下，有利于山阳县茶树的生长。山阳县年平均风速与商南县年平均风速均对茶叶产量有促进作用。

3.3.3 镇安县日照与风速条件分析

根据镇安县多年气象资料统计，镇安县年平均日照时数为1 947.4 h，年平均风速为1.4 m/s。根据相关性分析可得，镇安县月日照时数与茶叶产量呈负相关性，其中1月、7月、11月日照时数与茶叶产量均呈高度负相关，且1月日照时数的相关系数最大，为-0.699（见表3）。反映出镇安县在冬季和夏季时的月日照时数较小，茶叶产量越高，这是因为夏季时日照时数本来就较长，过长的日照时数对茶树生长会起到光抑制作用。而冬季时茶树处于休眠期，因此对光照的需求也较少。

由表3可见，镇安县年平均风速与茶叶产量呈负相关，相关系数为-0.563。表明镇安县的年平均风速越小，茶叶产量越高。反之，茶叶产量越低。通过逐月平均风速与茶叶产量的相关性分析，大多数月份的平均风速均与茶叶产量也呈负相关性，冬、夏季相关性最为明显，其中11月平均风速与茶叶产量的相关系数为-0.666。即在此期间月平均风速越小，茶叶产量越高，这是因为冬季时降水一般较少，过高的风速会加速茶树的蒸腾作用，导致茶树生长受阻，茶叶产量也就较低。镇安县的年平均日照时数与商南县的年平均日照时数分析结果一致。

3.4 商洛市核心产茶区茶叶产量与气象因子的主成分分析

为了综合反应各种气象因素对茶叶产量的影响大小，故对茶叶产量与所有气象因子进行主成分分析。

3.4.1 数据标准化处理

为了消除指标之间的量纲和取值范围差异的影响。本文对影响茶叶产量的气象因素首先进行了统计分析[13]，见表4。

表4 商洛市核心产茶区各气象因子的描述统计

3.4.2 主成分分析

将2012—2022年商南县、山阳县、镇安县的茶叶产量和气象因素数据输入SPSS软件进行检验。KMO的统计量是0.535，巴特利特检验率无限接近0，各指标间具有相关性，适合进行因子分析[14]，结果见表5。

由表5可见，前4个主成分的累计贡献率达到了87.922%，按照主成分提取原则[15]，这4个主成分基本包含了影响茶叶产量的因素的主要信息。因此可以用提取的主成分载荷矩阵进行主成分因子判断，主成分载荷矩阵如表6所示。

如表6所示，在主成分1中，荷载系数绝对值最大为年极端高温（0.694），可见能最大限度地结合较多的原始信息[16]，因此第一主成分可定义为年极端高温因子。在主成分2中较大荷载系数的是年平均相对湿度（－0.726），因此第二主成分可定义为湿度因子。在主成分3中较大荷载系数的是年极端低温（0.749），因此第三主成分可定义为年极端低温因子。在主成分4中较大荷载系数是年平均日照时数（0.682），因此第四主成分可定义为日照因子。

通过以上分析可以看出，所提取的4个主成分代表的主要信息[16]有年极端高温、年平均相对湿度、年极端低温和年平均日照时数，这四个气象因子是影响商洛市核心产茶区（商南县、山阳县、镇安县）茶叶产量的主要气象因素。

4 讨论与结论

本文从影响茶叶产量的7个气象指标（年平均气温、年极端高温、年极端低温、年降水量、年相对湿度、年日照时数、年平均风速）出发，基于相关分析法和主成分分析法，分析茶叶产量与气象因素之间的关系。研究发现，通过提取主成分最大荷载命名因子，可以得出影响商洛市茶叶产量的气象因素有年极端高温、年平均相对湿度、年极端低温和年平均日照时数。

本研究对商南县、山阳县、镇安县的茶叶产量与年平均气象因素进行了单因素相关分析。研究发现，核心产茶区（商南县、山阳县、镇安县）的温度、水分、日照和风速对茶叶产量的影响不完全相同。商南县的年极端低温、年平均降水量、年平均日照时数与茶叶产量均呈正相关关系，且风速的相关性较为显著。而年极端高温、年平均相对湿度与茶叶产量均呈负相关关系。山阳县的年平均降水量、年平均风速与茶叶产量均呈正相关关系，而年平均气温与茶叶产量呈显著负相关关系。镇安县的年平均降水量、年平均日照时数与茶叶产量均呈正相关关系，而年平均风速与茶叶产量呈负相关关系。这也反映了商洛市三个核心产茶区（商南县、山阳县、镇安县）由于自身的气候条件存在差异，因此各气象因子对茶叶产量的影响各不相同。而温度、水分和日照等对茶树生长都有其适宜的范围，过高或过低均会导致茶叶产量减少。有相关研究指出，春季气温对茶树新梢生长发育的影响明显大于夏秋季。商洛市由于大陆性季风性气候特点，在春季回暖升温波动大，对茶叶萌芽生长不利，导致春茶产量减少，其中影响最大的是3月下旬至4月的霜冻或倒春寒[17]。

本研究发现，商洛市三个核心产茶区商南县、山阳县和镇安县的各月平均气温、各月平均降水量、各月相对湿度及月日照时数与茶叶产量之间均存在一定相关性，但是有些月份相关性为正，有些月份相关性为负。总体而言，春季和秋季时茶叶生长对温度、水分和光照的需求较高，而在夏季时，由于温度和水分条件已经较好，过高的温度和过多的降水量反而对茶树生长有抑制作用。冬季时由于茶树进入休眠期，所以对水分的需求较少。相关研究表明，一般用年平均极端低温作为茶树受冻的指标。在年平均极端低温高于－10℃的地区，茶树受冻的概率越低。极端最低气温低于－15℃，茶树会遭受严重冻害[18]，产量明显受影响，甚至死亡。而如果高温（≥35℃）日数多，高温天气持续时间长，茶树就会出现旱热危害，从而影响茶叶的产量和品质。