易 永,陳章法,歐小峰，李民華，姚秋云

(湖南省懷化市氣象局,湖南 懷化 418000)

0 引言

碣灘茶原產(chǎn)于湖南懷化市沅陵縣官莊鎮(zhèn)和北溶鄉(xiāng)，碣灘茶品質(zhì)優(yōu)良，2011年9月國家質(zhì)檢總局命名沅陵碣灘茶為國家地理標(biāo)志保護產(chǎn)品[1]。懷化位于公認(rèn)的我國兩大優(yōu)質(zhì)茶區(qū)之一的武陵山茶區(qū)(另為新安江上游茶區(qū))，氣候?qū)僦衼啛釒Ъ撅L(fēng)性濕潤氣候，極其適宜茶葉種植[1-2]，據(jù)初步統(tǒng)計，目前全市共有茶園面積9 800 hm2，2016年全市干毛茶總產(chǎn)量9 300多噸，年產(chǎn)值10億多元。2017懷化市茶葉協(xié)會為保護、規(guī)范、發(fā)展碣灘茶產(chǎn)業(yè)，擬將碣灘茶國家地理標(biāo)志產(chǎn)品保護范圍從原來的沅陵縣23個鄉(xiāng)鎮(zhèn)調(diào)整到相似生產(chǎn)傳統(tǒng)的全市7縣48個鄉(xiāng)鎮(zhèn)。成茶品質(zhì)主要取決于加工工藝和原葉品質(zhì)，決定茶葉原葉品質(zhì)的茶多酚、氨基酸等內(nèi)含物及品質(zhì)的高低受采摘前生長期的氣溫、光照、空氣濕度等氣象因素影響明顯[3-6]，為保證保護范圍擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)的茶葉與原產(chǎn)區(qū)碣灘茶具有一致的品質(zhì)，要求擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)與原產(chǎn)核心區(qū)要具有基本一致的氣候環(huán)境。所以調(diào)整碣灘茶國家地理標(biāo)志產(chǎn)品保護范圍氣候論證核心在于氣候相似論證，氣候相似論證主要有相似系數(shù)法、歐式距離法等方法[7-11]，同時茶葉品質(zhì)對氣候的特殊要求，必須分析各季茶葉氣候品質(zhì)的相似性[5,12]。因此應(yīng)用相似系數(shù)法、歐式距離法、氣候品質(zhì)分析等農(nóng)業(yè)氣候相似分析方法進(jìn)行了氣候相似性分析，一方面為調(diào)整碣灘茶國家地理標(biāo)志產(chǎn)品保護范圍提供氣候論據(jù)，另一方面為懷化本地茶葉生產(chǎn)的引種、基地布局提供參考。

1 數(shù)據(jù)來源與方法

1.1 數(shù)據(jù)來源

以碣灘茶現(xiàn)有地理標(biāo)志保護范圍及擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)(46個)和原產(chǎn)核心區(qū)(2個)內(nèi)的氣象站作為該鄉(xiāng)鎮(zhèn)的氣象資料代表站，同時根據(jù)懷化地理及氣象站分布特征額外選擇部分氣象站作為輔助代表站，全市共選取106個氣象站作為代表站。為保證資料的一致性和避免氣候變化的影響，106個氣象代表站均采用2010—2017年最新觀測資料，缺失資料采用GIS地理插值方法獲得。相似系數(shù)法、歐式距離法中的溫度指標(biāo)采用多年逐月平均氣溫、逐月平均最高氣溫、逐月最低氣溫，水分指標(biāo)采用逐月平均降水、逐月平均濕度，日照指標(biāo)采用逐月平均日照時數(shù)。

1.2 分析方法

通過分別計算核心區(qū)與其它地區(qū)的逐月氣象因子相關(guān)系數(shù)和歐氏距離，從變化趨勢和數(shù)量差距兩方面分析氣候相似性。同時應(yīng)用浙江氣候中心、福建氣科所的研究成果分析各季茶葉氣候品質(zhì)相似性[4,5]。

1.2.1 相似系數(shù)法 相似系數(shù)法側(cè)重于各月氣候變化趨勢相似分析。通過計算碣灘茶核心區(qū)與其它地區(qū)的逐月氣溫、雨量、日照時數(shù)等氣象因子的相關(guān)系數(shù)即相似系數(shù)(見式1)，并對相似系數(shù)進(jìn)行顯著性檢驗，相關(guān)顯著的即表明與核心區(qū)具有相似的氣候變化趨勢。

(1)

式中:R為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)與核心區(qū)的綜合氣候相似系數(shù)，Rk為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)和核心區(qū)第k個氣象因子相似系數(shù)(見式2)。n為氣候因子個數(shù)。

(2)

式中：Xki為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)第K個氣象因子，Yki為核心區(qū)第K個氣象因子

1.2.2 歐氏距離法 歐氏距離法側(cè)重于數(shù)值差異性分析。首先對原始資料進(jìn)行歸一化處理(見式3)， 計算碣灘茶核心區(qū)與其它地區(qū)的氣溫、雨量、日照等氣象因子的綜合歐式距離(式4)。當(dāng)歐式距離位于相似區(qū)間時，則為氣候相似區(qū)。當(dāng)D≤0.5為高度相似，0.52.0為低度相似[6-8]。

(3)

(4)

(5)

式中：D為綜合氣候歐式距離，Dk為某鄉(xiāng)鎮(zhèn)和核心區(qū)第k個氣象因子的歐式距離(式5)。

1.2.3 茶葉氣候品質(zhì)分析法 浙江氣候中心、福建氣科所研究指出茶葉鮮葉采收前15 d的平均氣溫、平均相對濕度和日照時數(shù)等氣象指標(biāo)對茶葉品質(zhì)起決定性作用，應(yīng)用加權(quán)指數(shù)求和法(見公式6)，滾動計算出15 d茶葉氣候品質(zhì)等級指標(biāo)[4,5]，分別統(tǒng)計出懷化各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的春茶(3月下旬—5月下旬)、夏茶(6—8月)、秋茶(9—10月)平均茶葉氣候品質(zhì)評價指數(shù)。

(6)

式中，ACQI為氣候品質(zhì)評價指數(shù)，Mi為影響茶葉品質(zhì)的氣象指標(biāo)的評價等級，由公式(7)計算得到，ai為氣象指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，平均氣溫、平均相對濕度、日照時數(shù)權(quán)重系數(shù)分別為0.6、0.2、0.2。

(7)

Xi為15 d平均氣象值，Ti01、Ti02分別表示茶葉品質(zhì)特優(yōu)的氣象指標(biāo)的下限和上限值，Ti11、Ti12表示茶葉品質(zhì)優(yōu)的氣象指標(biāo)的下限和上限值，Ti21、Ti22表示茶葉品質(zhì)良的氣象指標(biāo)的下限和上限值。如果氣象指標(biāo)低于Ti21或者高于Ti22，則茶葉品質(zhì)較差。氣象指標(biāo)及等級劃分見表1。茶葉氣候品質(zhì)評價指數(shù)等級見表2。

表1 茶葉氣候品質(zhì)評價氣象指標(biāo)及等級劃分Tab.1 Meteorological indicators and classification of climatic quality of tea

表2 茶葉氣候品質(zhì)評價指數(shù)等級劃分標(biāo)準(zhǔn)Tab.2 Standard for grading of evaluation index of climatic quality of tea

2 結(jié)果與分析

2.1 碣灘茶原產(chǎn)核心區(qū)氣候特征分析

碣灘茶原產(chǎn)核心區(qū)為沅陵縣官莊鎮(zhèn)和北溶鄉(xiāng)，根據(jù)茶葉生產(chǎn)及品質(zhì)對氣象條件的要求，利用兩個鄉(xiāng)鎮(zhèn)內(nèi)的區(qū)域氣象站2010—2017年氣象資料，分析出核心產(chǎn)區(qū)氣溫、降水量、日照等茶葉生長氣候特征見表3。

核心區(qū)年均氣溫為16.4 ℃，茶葉生長季為3月上旬后期—11月中旬，3月上旬后期日平均氣溫高于8～10 ℃時茶芽開始萌動，3月下旬清明前后開始采摘，11月下旬日均氣溫低于10 ℃進(jìn)入休眠期。 其中3月中旬—5月上旬春茶采摘期和9月中下旬—10月日均氣溫基本處于11～20 ℃之間，為茶葉氣溫氣候品質(zhì)最佳區(qū)間。冬季最冷月(1月)平均最低氣溫為2.1 ℃，最熱月(7月)平均最高氣溫為34.5 ℃，適宜茶樹安全越冬越夏[3-5]。

核心區(qū)年日照時數(shù)為1 248.1 h，茶葉主要生長季(3月上旬后期—11月中旬)日均日照基本大于或接近3 h，有利于茶葉營養(yǎng)物質(zhì)積累。其中3月下旬—6月中旬和9—10月日均日照為3～6 h，為茶葉日照氣候品質(zhì)最佳區(qū)間[3-5]。

核心區(qū)年均降雨量為1 776.1 mm，茶葉主要生長季月雨量除6月降水稍多外，基本為100～300 mm，降水充沛?？諝鉂駶櫍枞~主要生長季月均濕度大多在75%以上，霧日較多，有利于增加散射光，極其有利于出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)茶葉[3-5]。

總體來看，碣灘茶原產(chǎn)核心區(qū)為典型的山地亞熱帶季風(fēng)氣候，具有氣候溫暖濕潤、雨熱同期、日照時長適宜和散漫射光多的氣候特征，特別適宜優(yōu)質(zhì)茶葉生產(chǎn)。

表3 碣灘茶原產(chǎn)核心區(qū)逐月氣象因子表Tab.3 Monthly meteorological factors in the core area of Jietan tea

2.2 逐月氣候相似分析

統(tǒng)計出懷化市其它地區(qū)的多年逐月平均氣溫、逐月平均最高氣溫、逐月最低氣溫、逐月平均日照、逐月平均降水、逐月平均濕度等氣象因子，并分別計算出與碣灘茶原產(chǎn)核心區(qū)對應(yīng)因子的相似系數(shù)和歐氏距離?？芍芯C合氣候相似系數(shù)均大于0.801，其中保護范圍擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)(見圖1～圖5地理標(biāo)記)綜合氣候相似系數(shù)為0.911 0～0.998 0，均通過p=0.000 1的極顯著性檢驗，全市總體氣候變化趨勢基本一致。全市綜合氣候平均歐式距離除洪江市雪峰山地區(qū)略大為0.5～1.0，為較高相似外，其它地區(qū)均小于0.5為高度相似，其中擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)綜合氣候歐式距離為0.056 9～0.365 8，與核心區(qū)高度相似。具體要素分析如下：

擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)年平均氣溫為12.5～17.6 ℃為優(yōu)質(zhì)茶生長適宜范圍。除麻陽文昌閣、溆浦龍莊灣等高海拔茶園3月和11月氣溫稍低，導(dǎo)致發(fā)育期有所推遲和生長季有所縮短，其它地區(qū)和核心區(qū)基本一致。茶葉主要生長季3—11月平均氣溫均高于10 ℃；年平均最高氣溫為17～23.2 ℃，最熱月(7月)最高氣溫為26.6～35.6 ℃，極端最高溫35.3～44.4 ℃。年平均最低氣溫為9.0～14.2 ℃，最冷月平均最低氣溫為-1.3～4.8 ℃，極端最低溫為-13.7～2.5 ℃，可以安全越冬和越夏；與核心區(qū)的逐月平均氣溫、平均最高氣溫、平均最低氣溫的氣候相似系數(shù)均在0.99以上，均通過p=0.000 1的極顯著相關(guān)檢驗。而歐式距離除龍莊灣稍大外(最高氣溫為0.561 8、最低氣溫0.501 8)，其它均在0.5以下，為高度相似。

圖1 核心區(qū)與全市各地氣候綜合相似系數(shù)分布圖 圖2 核心區(qū)與全市各地氣候綜合歐式距離分布圖Fig.1 Comprehensive similarity coefficient distribution of Fig.2 Comprehensive Euclidean distance distribution the core area and the whole area between the core area and the whole area

擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)年日照時數(shù)為1 046.4～1 306.4 h，4—10月主要采摘季多年日均日照3 h以上，與核心區(qū)基本一致。與核心區(qū)的逐月日照氣候相似系數(shù)為0.97以上，均通過p=0.000 1的極顯著相關(guān)檢驗。而歐式距離僅為0.014 3～0.304 2，均為高度相似。

擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)年降雨量1 125～2 001.7 mm為優(yōu)質(zhì)茶適宜范圍，與核心區(qū)基本一致，4—10月主要采摘季多年月均降雨量為近100 mm以上至300 mm。與核心區(qū)的降雨氣候相似系數(shù)為0.814 8～0.990 8，均通過p=0.000 1的極顯著相關(guān)檢驗。歐式距離為0.130 5～0.692 6，除麻陽堯市鎮(zhèn)、通道青蕪州鎮(zhèn)、新晃林沖鎮(zhèn)和魚市鎮(zhèn)、溆浦低莊和龍?zhí)舵?zhèn)歐式距離稍大(大于0.5,小于0.7)，為降雨氣候較高相似區(qū)外，其它均為高度相似區(qū)。

擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)年均空氣相對濕度為74.2%～80.2%有利于出產(chǎn)優(yōu)質(zhì)茶，和核心區(qū)類似，3—6月及9—10月多年月均空氣相對濕度大于75%,7—8月稍低大多為70%～75%；與核心區(qū)濕度氣候相似系數(shù)為0.571 0～0.999，均通過p=0.005顯著性檢驗；歐式距離為0.027 4～0.692 6，除會同高椅鄉(xiāng)和金竹鎮(zhèn)，通道獨坡鎮(zhèn)、青蕪州鎮(zhèn)、雙江鎮(zhèn)，中方桐木鎮(zhèn)歐式距離稍大(大于0.5,小于0.7)，為濕度氣候較高相似區(qū)外，其它均為高度相似區(qū)。

2.3 碣灘茶保護范圍擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶葉氣候品質(zhì)分析

由圖3a可知：懷化春茶全區(qū)域多年平均ACQI都在3.0以上。其中碣灘茶原產(chǎn)核心區(qū)春茶多年平均ACQI為3.18，擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)為3.06～3.31。

夏茶(圖3b)：辰溪中部、麻陽東北部及會同南部部分地區(qū)多年氣候品質(zhì)評價指數(shù)(ACQI)在1.5～2.0之間，洪江雪峰山地區(qū)在2.5～3.0之間，其它大部分地區(qū)在2.0～2.5之間。其中核心區(qū)夏茶多年平均ACQI為2.06，擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)為1.89～2.63。

秋茶(圖3c)：辰溪中部、麻陽東北部、沅陵西南部分地區(qū)多年平均ACQI在2～2.5之間，洪江東部、新晃西部多年平均ACQI在3以上，其它大部分地區(qū)在2.5～3.0之間。其中核心區(qū)秋茶多年平均ACQI為2.77，擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)為2.46～3.29。

若參照江南茶區(qū)綠茶氣候品質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn)，懷化除辰溪中部、麻陽東北部及會同南部部分地區(qū)的夏茶外，其它地區(qū)及時段氣候品質(zhì)都達(dá)到了特優(yōu)標(biāo)準(zhǔn)(即ACQI>2)[5,12]，同時核心區(qū)和擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)的春夏秋茶多年ACQI基本一致。

圖3 懷化春茶(a)、夏茶(b)和秋茶(c)氣候品質(zhì)評價指數(shù)分布圖Fig.3 Distribution of climatic quality evaluation index of spring tea(a)、summer tea(b)、autumn tea(c) in Huaihua

3 結(jié)論與討論

①綜上所述，碣灘茶國家地理標(biāo)志產(chǎn)品保護范圍擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)與原產(chǎn)核心區(qū)多年逐月氣候相似系數(shù)通過極顯著性檢驗，歐式距離大部為高度相似，擬調(diào)整鄉(xiāng)鎮(zhèn)與核心區(qū)春夏秋各季茶葉的多年ACQI基本一致?？梢姸邭夂驐l件基本一致，從氣候角度出發(fā)可以調(diào)整保護范圍，但還應(yīng)考慮土壤、地質(zhì)、地理、品種、生產(chǎn)技術(shù)等多方面因素。

②懷化氣候條件優(yōu)越，適宜茶葉生產(chǎn)。就氣候品質(zhì)而言，春茶氣候品質(zhì)最好，秋茶次之，夏茶最差。就地理差異而言，辰溪中部、麻陽西北部、沅陵西南部、會同南部等局地夏、秋茶ACQI較其它地區(qū)略小為優(yōu)級范圍，洪江雪峰山區(qū)夏、秋茶ACQI較其它地區(qū)明顯偏高。參照江南茶區(qū)綠茶氣候品質(zhì)等級標(biāo)準(zhǔn)，大部分地區(qū)各季茶葉氣候品質(zhì)等級為特優(yōu)等級。

③懷化地處山區(qū)，地形復(fù)雜，素有十里不同天之說，還應(yīng)更深入、更精細(xì)研究懷化各地小氣候特征，為茶園布局和生產(chǎn)提供更精細(xì)化的氣象服務(wù)。