武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性分析*

吳 立 林 雯 黃川容 孫朝鋒

(1.福建省氣象服務(wù)中心，福建 福州 350008；2.莆田市氣象局，福建 莆田 351100)

武夷巖茶屬烏龍茶，是福建省名優(yōu)茶之一，以其巖骨花香的巖韻品質(zhì)著稱，主產(chǎn)地位于武夷山市風(fēng)景區(qū)范圍內(nèi)，品種主要包括大紅袍、肉桂、水仙、白雞冠等，2016年武夷巖茶種植面積達(dá)到14.8萬(wàn)公頃，精制茶總產(chǎn)量達(dá)到7400噸[1]，具有極高的經(jīng)濟(jì)效益。品質(zhì)和產(chǎn)量是制約武夷山市茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展的重要因素，其中品質(zhì)的影響尤為突出，而影響武夷巖茶品質(zhì)的因素主要包括氣候、土壤、地形地貌和制茶工藝等[2-3]。茶葉品質(zhì)的優(yōu)劣主要取決于鮮葉質(zhì)量的高低，研究武夷山市巖茶茶青品質(zhì)的氣候適宜性，對(duì)促進(jìn)武夷山市茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展以及合理規(guī)劃巖茶種植布局具有重要意義。

國(guó)內(nèi)在武夷巖茶的品質(zhì)方面已開(kāi)展了多方面的研究，主要包括培火工藝[4-5]、施肥[6-7]、土壤[8-9]和生態(tài)環(huán)境[3,10]等因素對(duì)巖茶品質(zhì)的影響研究，而氣候?qū)r茶品質(zhì)影響的研究卻很少見(jiàn)。在氣候適宜性方面，國(guó)內(nèi)針對(duì)農(nóng)作物氣候適宜性已開(kāi)展了大量研究，研究的作物種類涵蓋糧食[11-12]、果樹(shù)[13-14]、中藥材[15-16]、花卉[17-18]等,而針對(duì)茶葉的氣候適宜性研究相對(duì)較少，且主要集中在種植的氣候適宜性分析，針對(duì)品質(zhì)的氣候適宜性更少。金志鳳等[19]選取2個(gè)氣象因子，研究了浙江省茶樹(shù)種植的氣候適宜性，并劃分了不同的氣候適宜區(qū)；趙輝等[20]通過(guò)構(gòu)建綜合區(qū)劃指數(shù)，開(kāi)展了河南省茶樹(shù)的氣候適宜性區(qū)劃研究；張瑋瑋等[21]運(yùn)用模糊綜合評(píng)價(jià)法，開(kāi)展了湖北省茶樹(shù)的氣候適宜性區(qū)劃研究。而福建省研究茶葉氣候適宜性的文獻(xiàn)很少，僅有的一篇為余會(huì)康[22]研究了閩東9縣市茶葉的氣候適宜度變化特征。在研究方法上，多數(shù)研究在篩選氣象因子時(shí)，采用定性論述來(lái)確定氣候適宜性表征指標(biāo)，指標(biāo)構(gòu)建的定量分析比較少見(jiàn)。鑒于此，本文專門針對(duì)影響武夷巖茶茶青品質(zhì)的氣候適宜性進(jìn)行分析，構(gòu)建了武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指標(biāo)，建立了氣候適宜性評(píng)價(jià)模型，分析了武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性的時(shí)間變化特征，并利用GIS技術(shù)分析了巖茶品質(zhì)氣候適宜性的精細(xì)化空間分布特征，研究成果將彌補(bǔ)福建省武夷巖茶氣候適宜性研究的空白，并為武夷山市巖茶的種植布局和開(kāi)展巖茶氣候品質(zhì)認(rèn)證提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 資料來(lái)源

氣象資料來(lái)源于福建省氣象信息中心，包括2010—2019年武夷山市9個(gè)自動(dòng)站和1個(gè)臺(tái)站的逐日平均溫、最高溫、最低溫、降水量數(shù)據(jù)，武夷山市及臨近縣(市)10個(gè)自動(dòng)站和4個(gè)臺(tái)站的逐日濕度數(shù)據(jù)，武夷山市及臨近縣(市)13個(gè)臺(tái)站的逐日日照時(shí)數(shù)數(shù)據(jù)。

武夷山市巖茶(肉桂品種)品質(zhì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)源于福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院，包括2018年和2019年10個(gè)采樣點(diǎn)的春茶采摘期茶多酚、游離氨基酸總量、水浸出物、咖啡堿4項(xiàng)品質(zhì)數(shù)據(jù)。

地理信息數(shù)據(jù)來(lái)源于國(guó)家基礎(chǔ)地理信息中心，包括福建省高程模型(DEM)柵格數(shù)據(jù)和武夷山市鄉(xiāng)鎮(zhèn)行政邊界，空間分辨率為30 m×30 m，網(wǎng)格的經(jīng)度、緯度等地形數(shù)據(jù)采用ArcGIS軟件通過(guò)投影轉(zhuǎn)換、插值和裁剪等處理獲得。

1.2 巖茶采樣及品質(zhì)檢測(cè)

按照武夷巖茶的正巖區(qū)、半巖區(qū)、高山區(qū)、外山區(qū)、田里和洲茶的不同品質(zhì)區(qū)選取武夷星茶業(yè)有限公司(以下簡(jiǎn)稱N1)、武夷山市凱銘萱茶廠(N2)、武夷山市盛興巖茶廠(N3)、武夷山市溪源茶業(yè)有限公司(N4)、武夷山市有華茶廠(N5)、武夷山市中連紅生態(tài)茶業(yè)有限公司(N6)、武夷山市和茗生態(tài)茶業(yè)有限公司(N7)、武夷山市仙茗巖茶廠(N8)、武夷山市發(fā)旺茶廠(N9)、武夷山市道一茶業(yè)有限公司(N10)10個(gè)巖茶茶園采樣點(diǎn)。

在2018年、2019年春茶(肉桂)采摘期，采摘一芽二葉，每個(gè)樣本采摘春茶鮮葉重500g，蒸青烘干，總共獲取樣本數(shù)17個(gè)，集中送至福建省產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)研究院檢驗(yàn)。

1.3 巖茶品質(zhì)的氣候適宜性評(píng)價(jià)方法

(1)通過(guò)分析巖茶品質(zhì)形成的主要生長(zhǎng)時(shí)段及關(guān)鍵氣象因子，構(gòu)建影響巖茶品質(zhì)的氣候適宜性表征指標(biāo)。

(2)采用層次分析法，定量計(jì)算或確定各表征指標(biāo)的數(shù)值及權(quán)重。

(3)應(yīng)用加權(quán)求和法，構(gòu)建武夷山市巖茶品質(zhì)的氣候適宜性評(píng)價(jià)模型，對(duì)武夷山市境內(nèi)生產(chǎn)的巖茶品質(zhì)氣候適宜性等級(jí)進(jìn)行評(píng)定。

1.4 權(quán)重計(jì)算方法

采用層次分析法，按照不同巖茶品質(zhì)氣候適宜性指標(biāo)的相對(duì)重要程度，對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行打分，構(gòu)建判斷矩陣，對(duì)判斷矩陣進(jìn)行最大特征根和特征向量計(jì)算、一致性檢驗(yàn)等獲得權(quán)重[23]。

1.5 模型構(gòu)建方法

根據(jù)影響巖茶品質(zhì)的主要?dú)庀笠蜃蛹捌錂?quán)重，采用加權(quán)求和的方法建立巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)模型，計(jì)算巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)。

(1)

式(1)中，TS為巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)，xi為影響品質(zhì)的各氣候適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)權(quán)重，Mi為氣候適宜性評(píng)價(jià)指標(biāo)的評(píng)價(jià)等級(jí)。

2 結(jié)果與分析

2.1 巖茶品質(zhì)與氣象因子相關(guān)性分析

茶葉優(yōu)異的品質(zhì)需要溫度、濕度、光照等氣象要素的配合。適宜的溫度利于茶葉中氨基酸和芳香物質(zhì)的形成；一定的氣溫日較差直接影響光合作用產(chǎn)物的積累和呼吸作用物質(zhì)的消耗；而較高的濕度能夠抑制纖維素的合成，保持茶葉鮮嫩；適宜的光照則能夠促進(jìn)茶多酚和氨基酸的形成和累積[24-25]。因此，綜合考慮武夷巖茶的生育特性和影響武夷巖茶品質(zhì)的氣象因素，初步選取平均溫、積溫、有效積溫、氣溫日較差均值、適溫天數(shù)、雨日、平均濕度和累計(jì)日照時(shí)數(shù)8個(gè)氣象因子作為氣候適宜性指標(biāo)。

根據(jù)各采樣點(diǎn)的春茶采摘日期，統(tǒng)計(jì)各采樣點(diǎn)萌芽至采摘期(約為采摘期前80天)的氣象因子，以10天為間隔，即統(tǒng)計(jì)采摘日前80天、前70天……采樣點(diǎn)的8個(gè)氣象因子。其中，采樣點(diǎn)的各采摘期下各時(shí)段的平均溫、積溫、有效積溫、氣溫日較差均值、適溫天數(shù)、雨日采用臨近氣象站對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)，各采摘期下各時(shí)段的平均濕度和累計(jì)日照時(shí)數(shù)以武夷山及臨近縣(市)的氣象站對(duì)應(yīng)時(shí)段的數(shù)據(jù)與經(jīng)緯度、海拔建立回歸模型插值獲得，插值模型總體復(fù)相關(guān)系數(shù)均在0.8以上，均能夠通過(guò)5%的顯著性水平檢驗(yàn)，模型擬合效果較好。

采用酚氨比、水浸出物和咖啡堿作為巖茶綜合品質(zhì)的表征指標(biāo)，并對(duì)各表征指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，按照(2)式進(jìn)行加權(quán)求和，得到巖茶綜合品質(zhì)指數(shù)。

I=0.5×a1+0.3×a2+0.2×a3

(2)

式中，I為綜合品質(zhì)指數(shù)，a1為酚氨比歸一化序列，a2為水浸出物歸一化序列，a3為咖啡堿歸一化序列。

對(duì)巖茶綜合品質(zhì)指數(shù)和上述不同時(shí)間段的氣象因子進(jìn)行相關(guān)性分析(見(jiàn)表1)，確定影響武夷山巖茶鮮葉品質(zhì)的關(guān)鍵氣象因子和主要影響時(shí)段。

表1 巖茶綜合品質(zhì)指數(shù)與氣象因子的相關(guān)系數(shù)

根據(jù)表1各時(shí)段氣象因子與綜合品質(zhì)指數(shù)的相關(guān)性分析結(jié)果，結(jié)合對(duì)武夷巖茶品質(zhì)的實(shí)地調(diào)研情況，確定出影響巖茶品質(zhì)的關(guān)鍵氣象因子和關(guān)鍵時(shí)段分別為采摘前70天有效積溫、采摘前10天氣溫日較差均值、采摘前70天平均濕度和采摘前70天累計(jì)日照時(shí)數(shù)。

2.2 巖茶品質(zhì)氣候適宜性表征指標(biāo)

通過(guò)巖茶綜合品質(zhì)指數(shù)與氣象因子相關(guān)性分析確定的4個(gè)指標(biāo)構(gòu)成了影響巖茶品質(zhì)的氣候適宜性指標(biāo)。采用百分位數(shù)法并結(jié)合資料查閱、生產(chǎn)調(diào)查、走訪茶葉專家等方法，確定影響巖茶品質(zhì)的氣候適宜性指標(biāo)等級(jí)(見(jiàn)表2)。

表2 巖茶品質(zhì)氣候適宜性表征指標(biāo)及等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 巖茶品質(zhì)氣候適宜性表征指標(biāo)權(quán)重

用層次分析法確定影響巖茶品質(zhì)的氣候適宜性指標(biāo)權(quán)重，通過(guò)咨詢多位茶葉和氣象專家對(duì)各表征指標(biāo)進(jìn)行打分，構(gòu)建判斷矩陣，如表3所示。

表3 影響巖茶品質(zhì)的氣候適宜性指標(biāo)判斷矩陣

對(duì)判斷矩陣進(jìn)行最大特征根和特征向量計(jì)算、一致性檢驗(yàn)等獲得權(quán)重，權(quán)重結(jié)果如表4所示。

表4 巖茶品質(zhì)氣候適宜性表征指標(biāo)權(quán)重

2.4 巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)模型

根據(jù)公式(1)建立巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)模型如下：

TS=0.0775M1+0.2010M2+0.5205M3+0.2010M4

(3)

式(3)中，TS為巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)，M1、M2、M3、M4分別表示采摘前70天有效積溫評(píng)價(jià)等級(jí)、采摘前10天氣溫日較差均值評(píng)價(jià)等級(jí)、采摘前70天平均濕度評(píng)價(jià)等級(jí)、采摘前70天累計(jì)日照時(shí)數(shù)評(píng)價(jià)等級(jí)。

2.5 巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

采用自然斷點(diǎn)法及結(jié)合武夷山市巖茶生產(chǎn)實(shí)際，將武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)等級(jí)劃分如下：

表5 武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)等級(jí)

2.6 巖茶品質(zhì)氣候適宜性評(píng)價(jià)

利用各采樣點(diǎn)2010—2019年的區(qū)域自動(dòng)站氣象數(shù)據(jù)，根據(jù)巖茶品質(zhì)氣候適宜性模型(式3)，計(jì)算獲得2010—2019年各采樣點(diǎn)的巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)(見(jiàn)表6)。

從表6可以看出，10個(gè)采樣點(diǎn)2010—2019年巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)平均達(dá)到3.1，指數(shù)最高值出現(xiàn)在2018年的采樣點(diǎn)N4，達(dá)到4.0，指數(shù)最低值出現(xiàn)在2011年的采樣點(diǎn)N3和N7，達(dá)到2.3?？傮w以采樣點(diǎn)N1、N4、N5、N6和N10的指數(shù)相對(duì)較高，2010—2019年平均在3.0以上，且以采樣點(diǎn)N4和N6的指數(shù)為最高，2010—2019年平均為3.4；以采樣點(diǎn)N7的指數(shù)為最低，2010—2019年平均為2.7。

表6 2010—2019年武夷山采樣點(diǎn)巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)

2.6.1 巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)時(shí)間序列分析

統(tǒng)計(jì)武夷山市歷年10個(gè)采樣點(diǎn)的巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)均值，繪制武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)時(shí)間序列圖，如圖1所示。

從圖1可以看出，武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)近10年總體呈上升趨勢(shì)，以2013年、2014年、2016—2019年相對(duì)較高，巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)平均在3.0以上，其余年份巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)相對(duì)略低，該結(jié)果與前期調(diào)研獲得的武夷山歷年巖茶品質(zhì)優(yōu)劣情況基本吻合。

圖1 武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)時(shí)間序列圖

2.6.2 巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)空間分布

統(tǒng)計(jì)各采樣點(diǎn)多年巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)均值，采用ArcGIS軟件中的協(xié)克里金插值法對(duì)氣候適宜性指數(shù)進(jìn)行空間插值，該方法相較于普通克里金插值法，具有可自定義添加其他影響因子的優(yōu)點(diǎn)。本研究在協(xié)克里金插值法中添加經(jīng)度、緯度和海拔三項(xiàng)因子，繪制武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)空間分布圖，實(shí)現(xiàn)巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)由點(diǎn)至面連續(xù)分布，如圖2所示。

圖2 武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)空間分布

從圖2可以看出，武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)整體呈現(xiàn)出自東南部向西北部遞增的分布特征。武夷山市絕大部分地域氣候適宜性指數(shù)在2.8以上，達(dá)到適宜的評(píng)價(jià)等級(jí)，僅南部興田鎮(zhèn)的東南部部分地域在2.8以下。氣候適宜性指數(shù)高值區(qū)主要位于武夷山市西北部，該區(qū)域海拔高，達(dá)到非常適宜的評(píng)價(jià)等級(jí)；通過(guò)茶葉品質(zhì)實(shí)地調(diào)研，武夷山市生產(chǎn)的巖茶品質(zhì)較優(yōu)質(zhì)的區(qū)域主要集中在武夷鎮(zhèn)、星村鎮(zhèn)和洋莊鄉(xiāng)，與巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)的空間分布特征基本吻合。

3 結(jié)論

本文基于武夷山市區(qū)域自動(dòng)氣象站資料以及巖茶品質(zhì)檢驗(yàn)數(shù)據(jù)開(kāi)展氣候適宜性分析，但由于品質(zhì)數(shù)據(jù)年份較短，樣本數(shù)量還不夠大，建立的巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)模型精準(zhǔn)度還有待進(jìn)一步提高，后期隨著數(shù)據(jù)量的積累，將對(duì)模型進(jìn)一步修訂，完善武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性分析結(jié)果。

本文利用ArcGIS技術(shù)，采用協(xié)克里金插值法，添加經(jīng)度、緯度、海拔三項(xiàng)因子，精細(xì)化開(kāi)展武夷山市巖茶品質(zhì)氣候適宜性指數(shù)空間分析，指數(shù)空間分布特征與巖茶品質(zhì)實(shí)際優(yōu)劣情況基本吻合。但由于武夷山市地形條件復(fù)雜，境內(nèi)山地丘陵較多，受局部小氣候環(huán)境的影響，可能導(dǎo)致局部氣候適宜性指數(shù)空間分析結(jié)果存在偏差，后期可通過(guò)進(jìn)一步獲取相關(guān)地形數(shù)據(jù)，例如增加對(duì)坡度、坡向等地形因素的分析，使氣候適宜性指數(shù)空間分析結(jié)果更加精確。

本文得出“武夷山市總體的巖茶品質(zhì)氣候適宜性在適宜等級(jí)以上”的結(jié)論，這與實(shí)地調(diào)研的結(jié)果基本吻合，氣候適宜性是氣候影響巖茶茶青品質(zhì)的主要因素，但巖茶品質(zhì)還受到氣象災(zāi)害的影響，如連陰雨、干旱、寒凍害等。另外，除氣候條件以外，土壤、制茶工藝等因素都對(duì)巖茶品質(zhì)造成影響，后期還需進(jìn)一步深入研究。