寧德市茶樹種植的氣象指標和種植區(qū)劃研究

舒 婷，姚俊萌，王 超

(1.萍鄉(xiāng)市氣象局,江西萍鄉(xiāng) 337000; 2.寧德市氣象局,福建寧德 352000; 3.江西省氣象災害應急預警中心,江西南昌 330046)

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寧德市茶樹種植的氣象指標和種植區(qū)劃研究

舒 婷1，2，姚俊萌3，王 超2

(1.萍鄉(xiāng)市氣象局,江西萍鄉(xiāng) 337000; 2.寧德市氣象局,福建寧德 352000; 3.江西省氣象災害應急預警中心,江西南昌 330046)

摘 要：利用福建省寧德市近40 a的氣象資料,根據(jù)不同品種茶樹生長所需的氣象條件,篩選出年平均降水量、年平均氣溫、≥10℃積溫和多年極端最低氣溫4個關鍵氣象因子作為寧德茶樹種植的氣象指標,并基于GIS平臺應用加權求和法對寧德茶樹種植進行氣候區(qū)劃。結果表明,對于中、小葉種茶樹來說,東部沿海一帶為最適宜茶樹種植區(qū);中部以及南部山谷為適宜種植區(qū);西部山區(qū)為次適宜區(qū)。對于大葉種茶樹,僅東南沿海一小部分區(qū)域為最適宜區(qū);中部沿海及河谷一帶為適宜區(qū);其余地區(qū)均為次適宜種植區(qū)。

關鍵詞：寧德市;茶樹;氣象指標;種植區(qū)劃

文獻著錄格式:舒婷,姚俊萌,王超.寧德市茶樹種植的氣象指標和種植區(qū)劃研究[J].浙江農(nóng)業(yè)科學,2016,57 (4):495-499.

茶樹為原產(chǎn)于中國的特色經(jīng)濟作物,主要集中在中國南部地區(qū),其生產(chǎn)與分布受自然條件的影響較大[1]。福建是中國最古老的茶區(qū)之一,近年來,烏龍茶對日出口量每年達2萬t左右,約占福建省茶葉出口總量的80%～85%[2]。

茶樹的生長發(fā)育和采摘時期均與氣象條件有十分密切的關系,霜凍、低溫、連續(xù)陰雨等均會影響茶葉的生長、產(chǎn)量和品質(zhì)。因此,對茶樹進行種植區(qū)劃研究,科學利用氣候資源,合理規(guī)避氣象災害風險具有重要意義。20世紀80年代初,許多學者已開始對中國茶葉種植氣候區(qū)劃進行研究[3-5],如中國農(nóng)業(yè)科學院農(nóng)業(yè)氣象室進行了中國茶樹氣候區(qū)劃[6],對中國茶樹的氣象指標及適宜種植區(qū)進行了研究。20世紀90年代以來,隨著GIS技術的發(fā)展,觀測資料日益豐富,大大提高了區(qū)劃結果的精細化程度。蔣躍林等[7]、沈朝棟等[8]和梁軼等[9]相繼開展了茶樹栽培氣候區(qū)劃以及茶樹害蟲地理劃分[10]等研究,但是這些研究都是采用單個站點的觀測數(shù)據(jù)來代表整個縣市區(qū)域的氣候狀況,無法準確地反映地形等因素的影響。金志鳳等[11-12]在浙江省茶樹栽培氣候區(qū)劃中采用了小網(wǎng)格的方法來進行資料處理,然而因為受技術方法的限制,區(qū)劃因子過于單一、區(qū)劃指標過少,導致區(qū)劃結果不夠精細。

近年來,茶樹種植區(qū)劃的研究逐漸增多,但針對寧德市的茶樹區(qū)劃研究仍較少,這一地區(qū)氣候和地理環(huán)境復雜,而種植的茶樹品種多樣,如何更加合理地利用當?shù)貧夂蚝偷乩韮?yōu)勢,科學種植茶樹顯得尤為重要。本研究根據(jù)寧德市當?shù)貧夂驙顩r進行了茶樹種植的氣候區(qū)劃,對合理利用氣候資源、科學開展茶樹優(yōu)勢區(qū)域布局和良種結構調(diào)整具有重要意義。

1　材料與方法

1.1研究區(qū)概況

福建省寧德市屬中亞熱帶海洋性季風氣候,降水充沛,夏少酷暑,冬少嚴寒,為茶葉生長提供了良好的氣候條件。但是,寧德市具有山地氣候、盆地氣候等多種氣候特點,沿海與內(nèi)陸溫差懸殊,氣候呈多樣性和復雜性[13]。

1.2資料收集

區(qū)劃資料主要包括寧德市1∶500 000行政區(qū)劃圖、寧德市9個區(qū)域氣象觀測站1973—2012年溫度、降水量等氣候資料以及全市范圍內(nèi)192個區(qū)域自動站的站點信息資料。

2　結果與分析

2.1氣候資料的處理

寧德地區(qū)包括山區(qū)、盆地和沿海,而農(nóng)業(yè)氣候資源與經(jīng)度、緯度、地形地貌和下墊面等密切相關。現(xiàn)有的1973—2012年的氣候資料是9個縣市大監(jiān)站的數(shù)據(jù),不能全面反應寧德氣候資源的詳細特征,因此需要將氣候資料進一步推算到更小尺度上。

根據(jù)魏淑秋[14]的研究,在進行區(qū)劃研究時,與地理要素相關性較好的氣候因子可以使用數(shù)理統(tǒng)計法來細化氣候資料,如氣溫等要素;而與地理要素相關性差,且樣本較多的氣候因子可以使用空間直接內(nèi)插法,例如反距離內(nèi)插法,降水可采用這種內(nèi)插法。

數(shù)理統(tǒng)計法具體如下,應用多元回歸將9個大監(jiān)站40 a的平均年均溫及≥10℃積溫分別與其各自的經(jīng)度、緯度、海拔高度等地形因子進行相關分析,建立空間分布模型,其公式:

Y = f (X1+ X2+ X3) +β。

其中,Y表示區(qū)劃指標,X1表示經(jīng)度,X2表示緯度,X3表示海拔高度,β表示殘差,f = (X1+ X2+X3)為氣候?qū)W方程。溫度區(qū)劃因子的空間分布模型見表1。最后根據(jù)192個區(qū)域自動站的經(jīng)緯度和海拔高度,推算出氣站點的積溫和年均溫,便于溫度因子在區(qū)劃時能更詳盡體現(xiàn)局地的情況。

表1　溫度區(qū)劃因子的空間分布模型

反距離權重法認為某未采樣點的數(shù)據(jù)與其周圍一定范圍內(nèi)的已知采樣點的數(shù)據(jù)有關,是這些臨近已知點數(shù)值綜合貢獻的結果,其貢獻程度與距離成反比,計算方法:

其中,ZO表示O點的估計值,Zi為控制點i的Z值,di為控制點i與點O間的距離,n為估算中用到的控制點數(shù)目,r為指定的負冪函數(shù),冪值越高,對遠數(shù)據(jù)點的影響會越小。反距離加權法在GIS中有已完成的嵌入模塊,使用簡單。本文降水資料的插值則是基于GIS平臺,利用其本身內(nèi)置的反距離權重內(nèi)插法來實現(xiàn)的。

2.2區(qū)劃因子的處理

2.2.1區(qū)劃因子的選取

茶葉為亞熱帶喜溫、喜濕、喜漫射光的常綠植物。對其生長的氣象條件進行詳細研究,并劃分為適生條件、可生條件、有害條件。主要的影響因子有溫度、水分、光照等,其中氣溫和積溫反映了熱量資源,最低氣溫反映了茶樹低溫凍害狀況,降水量等反映了水分條件。

適宜茶樹栽培的氣象條件:茶樹生長過程要求年平均氣溫≥15℃,最適宜栽培地區(qū)的年平均氣溫為15～25℃;極端最低氣溫＞-10℃,不同品種茶樹極端最低氣溫又有所不同,如大葉種茶樹要求最低溫≥- 5℃;不同品種茶樹生長所需積溫不同,中、小葉種茶樹要求≥10℃積溫≥4 500℃·d-1,而大葉種茶樹對熱量要求更高,需要6 000℃·d-1以上;最適宜的年降雨量在1 500 mm以上,1 000 mm為適宜下限;空氣相對濕度一般要求在70%以上[15-17]。

結合寧德市的氣候條件,年均降水量基本都在1 500 mm以上,年均溫基本在15℃以上,年平均相對濕度為75%～85%,滿足茶樹適宜生長所需要的條件。≥10℃的積溫都在4 500℃·d-1以上,多年極端最低氣溫也是都在- 10℃以上,達到了中、小葉種茶樹的適宜種植條件。但是對于大葉種茶樹來說,熱量條件相對比較差,只有少部分地區(qū)能滿足大葉種茶樹的適宜種植條件,為了更合理地指示不同品種茶樹的合理種植范圍,本研究對中、小葉種茶樹和大葉種茶樹分別進行種植區(qū)劃。

2.2.2區(qū)劃因子的分級和量化

各評價因子對茶葉的影響不是孤立的,為了便于分析和最后結果的量化表達,根據(jù)選取評價因子的基本原則和寧德市實際情況,將評價因子進行量化處理,并給予各等級具體的分值。由于寧德市大部分地區(qū)降水充沛,對茶樹生長的制約較小,主要制約因子為熱量條件,因此將≥10℃積溫權重賦值為0.500,極端最低溫度權重賦值為0.250,年平均氣溫和年降水量均權重賦值為0.125。根據(jù)4個區(qū)劃指標不同權重疊加后總分的大小,將茶葉種植區(qū)劃分為最適宜生長區(qū)(分值＞2.5)、適宜生長區(qū)(分值2.5～2.0)和次適宜生長區(qū)(分值＜2.0)。

對于中、小葉種茶樹和大葉種茶樹來說最主要的區(qū)別在于對熱量和溫度的要求不同,其中積溫反映了生長過程中對熱量的需求,極端最低溫度反映了茶樹受凍害的情況。根據(jù)陳惠等[18]的研究,大葉種茶樹發(fā)生凍害的極端最低溫度為0℃,嚴重凍害甚至死亡的極端最低溫度為-5℃;對應中、小葉種茶樹的極端最低溫度分別為-7℃和-10℃。在收集到的40 a氣候資料中,寧德市各縣市極端最低溫度低于- 5,- 7和- 10℃的概率如圖1所示。

圖1　寧德市極端最低溫度概率分布

從圖1可以看出,西部和北部山區(qū)極端最低溫度低于-5和-7℃的概率均達到50%,屬于較經(jīng)常發(fā)生的情況;但是低于-10℃的概率較小,40 a中只有2 a達到- 10℃。因此,極端最低溫度取-5和-7℃比較符合寧德市的實際氣候狀況并具有一定的代表性,能夠反映寧德地區(qū)茶樹生長時低溫凍害發(fā)生的區(qū)域。

綜合以上分析,具體的區(qū)劃分級如表2和表3所示。

表2　中、小葉種區(qū)茶樹種植的評價因子量化值

表3　大葉種區(qū)茶樹種植的評價因子量化值

2.3區(qū)劃結果

根據(jù)種植區(qū)劃量化指標,應用ArcGis繪制區(qū)劃因子分布圖,然后采用加權求和法繪制出中、小葉種和大葉種茶樹的種植區(qū)區(qū)劃圖。其中單個因子的分布圖以溫度因子為例。

2.3.1積溫分布

由圖2可知,在東部沿海和南部一帶積溫條件較好,均高于6 000℃·d,滿足不同品種茶樹的最適生長條件;山區(qū)的積溫條件較差,尤其對于大葉種茶樹來說,在高海拔地區(qū)生長受限。

2.3.2極端最低溫度分布

從2種茶樹的極端最低溫度分布圖可以看出(圖3),對于大葉種茶樹來說,在蕉城和霞浦的南部沿海一帶受凍害較輕,對其生長影響較小,其他區(qū)域?qū)Υ笕~種茶樹的生長都有一定的影響;對中、小葉種茶樹來說,其受凍害的影響較小,主要是在個別高海拔山區(qū)會有限制。

2.3.3茶樹種植區(qū)劃分布

由圖4可知,大葉種茶樹最適宜生長區(qū)范圍很小,主要是在海拔高度低于100 m的蕉城區(qū),該區(qū)溫度適宜、熱量充足、雨水充沛,適合大葉種茶樹的種植。適宜生長區(qū)主要集中在古田西南部、福安南部河谷和霞浦西南部沿海地區(qū),該片區(qū)域主要是海拔低于200 m的河谷以及沿海地區(qū),年均降水量為1 500～1 700 mm,年均溫為18.0～19.5℃,≥10℃積溫為6 700℃·d,滿足大葉種茶樹的種植條件;其他區(qū)域皆為次適宜種植區(qū),為高海拔區(qū)域,熱量條件差,極端最低溫度低,容易造成大葉種茶樹的凍害,不適宜其生長。

圖2　大葉種茶樹（a）和中、小葉種茶樹（b）積溫的分布

圖3　大葉種（a）和中、小葉種（b）茶樹極端最低溫度的分布

圖4　大葉種茶樹種植的區(qū)劃

圖5　中、小葉種茶樹種植的區(qū)劃

由圖5可知,中、小葉種茶樹最適宜生長區(qū)主要集中在古田西南部和沿海大部分地區(qū),該區(qū)海拔高度較低,年降水量為1 500～2 000 mm,年均溫為18.5～19.5℃,極端最低溫度在-5.0℃以上,是最適合中、小葉種茶樹種植的區(qū)域;適宜種植區(qū)主要為古田北部、蕉城西部和太姥山西側區(qū)域,該區(qū)域范圍較小,熱量、水汽等條件也適宜中、小葉種茶樹生長,但是極端最低溫度略低,為-7～-5℃;次適宜種植區(qū)主要集中在鷲峰山脈區(qū)域,該區(qū)域海拔高度≥300 m,其中大部分為高海拔山區(qū),熱量等條件欠缺,且極端最低溫度低,雖然不至于使茶樹發(fā)生凍害,但是對其生長仍有不利影響,如3—4月份茶樹開始出芽時,經(jīng)常會遇到倒春寒,使茶葉質(zhì)量和產(chǎn)量都受到嚴重影響。

實際的種植情況與本次研究得出的區(qū)劃圖較為一致,在福鼎白茶、福安和霞浦的坦洋功夫茶等,均有良好的品質(zhì);西部山區(qū)也種植了功夫茶,但是由于初春天氣多變,冷空氣仍較活躍,經(jīng)常帶來損失。

3　小結

本研究根據(jù)茶樹生長的生物學特性,結合寧德市的茶樹種類,對大葉種茶樹和中、小葉種茶樹進行研究,分別選取對寧德市茶樹生長有較大限制的極端最低溫度和積溫,以及反映熱量條件的年均溫和反映水分條件的年降水量為茶樹栽培的區(qū)劃指標。分別對各個區(qū)劃因子進行了區(qū)劃分析,并應用加權指數(shù)求和法對寧德市茶樹種植進行了綜合區(qū)劃,分別將大葉種和中、小葉種茶樹劃分為最適宜生長區(qū)、適宜生長區(qū)、次適宜生長區(qū)3個等級。東部沿海一帶熱量條件較好,且不易受凍害影響,為大葉種和中、小葉種茶樹的最適宜生長區(qū);高海拔山區(qū)一帶,積溫較小,且凍害時有發(fā)生,對茶樹生長有一定的影響。

近年來,針對不同作物的種植區(qū)劃研究越來越多,大多數(shù)都是在大尺度區(qū)域(國家級、省級)上進行,但由于氣象站點的局限性,研究尺度越大,氣候資料的精細度越差,內(nèi)插結果與實際氣候情況差距越大。本研究在市級尺度范圍上,利用更為密集的區(qū)域氣象站資料,結合實際調(diào)查情況進行區(qū)劃研究,能夠較好地貼近生產(chǎn)實際。

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(責任編輯：侯春曉)

中圖分類號：S571.1

文獻標志碼：A

文章編號：0528-9017(2016)04-0495-05

DOI10.16178/j.issn.0528-9017.20160413

收稿日期:2016-01-13

作者簡介:舒 婷(1989—),女,浙江衢州人,碩士,助理工程師,主要從事種植區(qū)劃方面的研究工作,E-mail:shuting_ house @163.com。