陶瑤 黃京平 余焰文

摘要：基于江西省茶葉主產(chǎn)區(qū)1961—2019年早春日最低氣溫觀測(cè)資料，運(yùn)用氣候傾向率、Mann-Kendall突變檢驗(yàn)等氣候統(tǒng)計(jì)診斷方法，分析了近59年春霜凍發(fā)生的時(shí)空演變規(guī)律。結(jié)果表明，近59年江西省茶區(qū)平均終霜期南部早于北部，平均春霜日數(shù)贛西北出現(xiàn)最多，贛中南出現(xiàn)最少;3月份發(fā)生春霜凍的可能性最高，且以輕度霜凍為主;特晚終霜期均出現(xiàn)在1997年之前，偏晚終霜期均出現(xiàn)在2011年之前;茶葉春霜凍的長期變化趨勢(shì)表現(xiàn)為終霜期明顯提早，春霜日數(shù)顯著減少，且變化速率贛東北大于贛西北，贛西北大于贛中南;平均終霜期贛東北、贛西北、贛中南發(fā)生突變的年份分布在1988年、1996年、1980年，平均春霜日數(shù)贛東北、贛西北發(fā)生突變的年份分別是1997年和2016年，而贛中南在95%的顯著性水平下未發(fā)生突變。

關(guān)鍵詞：茶葉;春霜凍;時(shí)空演變;江西省

中圖分類號(hào)： S425 ?文獻(xiàn)標(biāo)志碼： A ?文章編號(hào)：1002-1302（2020）15-0158-07

江西省是我國傳統(tǒng)的茶葉大省，2017年全省茶園面積達(dá)9.87萬hm2，茶葉總產(chǎn)量為6.1萬t。2017年12月，江西省人民政府發(fā)布了《關(guān)于加快農(nóng)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的行動(dòng)計(jì)劃》[1]，文件中指出，至2020年，全省茶園面積達(dá)到17.33萬hm2，總產(chǎn)量達(dá)到12萬t。近年來，隨著茶葉產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的調(diào)整，江西茶葉生產(chǎn)逐漸轉(zhuǎn)向經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出較高的名優(yōu)春茶生產(chǎn)為主。春霜凍（3—4月）是影響茶葉生長的主要?dú)庀鬄?zāi)害之一，對(duì)茶葉生產(chǎn)有嚴(yán)重影響[2-3]。2010年3月發(fā)生的持續(xù)霜凍導(dǎo)致江西省茶園受災(zāi)面積達(dá) 3.86萬hm2，春茶產(chǎn)量損失0.6萬t左右，茶產(chǎn)業(yè)直接經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)3.7億元以上[4]，部分地區(qū)幾近無收。2018年4月上旬春霜凍導(dǎo)致江西省浮梁縣春茶減產(chǎn)減收幅度超過40%[5]，婺源縣50%以上茶園遭遇不同程度霜凍災(zāi)害，直接經(jīng)濟(jì)損失約1.2億元[6]。隨著氣候變化，春霜凍災(zāi)害對(duì)江西省茶產(chǎn)業(yè)的健康發(fā)展產(chǎn)生了威脅，因此，了解和掌握春茶霜凍的發(fā)生規(guī)律，對(duì)保障茶葉安全生產(chǎn)具有十分重要的意義。

國內(nèi)學(xué)者對(duì)茶葉春霜凍的研究主要集中在江蘇省、浙江省、安徽省等茶區(qū)[7]。王學(xué)林系統(tǒng)地分析了江南茶區(qū)茶樹春霜凍的多時(shí)間尺度特征及精細(xì)化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，并運(yùn)用模糊數(shù)學(xué)理論構(gòu)建了春茶氣候適宜度評(píng)價(jià)模型[8]。劉瑞娜等分析了安徽省茶葉春霜凍的發(fā)生規(guī)律，建立災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)指數(shù)，實(shí)現(xiàn)了安徽省茶葉春霜凍災(zāi)害風(fēng)險(xiǎn)區(qū)劃[9]。王俊等對(duì)江蘇省春茶霜凍發(fā)生時(shí)空演變規(guī)律作了分析，建立了由溫度指標(biāo)推算茶葉開采期的模型[10]。吳楊等分析了浙江茶樹霜凍的時(shí)空分布特征和演變趨勢(shì)，并建立了春霜凍日與太平洋海溫的遙相關(guān)關(guān)系[11]。關(guān)于江西省茶葉春霜凍災(zāi)害的研究還鮮見報(bào)道，開展茶葉氣象災(zāi)害保障服務(wù)工作缺乏相關(guān)技術(shù)及理論指導(dǎo)。本研究在氣候變暖背景下，分析江西省茶葉春霜凍災(zāi)害的時(shí)空分布特征和趨勢(shì)變化預(yù)測(cè)，以期為江西省茶葉安全生產(chǎn)提供科學(xué)指導(dǎo)，為提高茶葉氣象服務(wù)的專業(yè)性和針對(duì)性提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域

江西省茶園分布在11個(gè)地級(jí)市90多個(gè)縣（市、區(qū)），根據(jù)2016—2017年各縣（市、區(qū)）的茶園面積和產(chǎn)量，以及氣候?qū)Σ枞~生產(chǎn)的影響評(píng)估，選取18個(gè)茶葉主產(chǎn)縣劃分為3個(gè)茶區(qū)，即贛東北茶區(qū)、贛西北茶區(qū)、贛中南茶區(qū)。贛東北茶區(qū)：以婺源縣、浮梁縣、玉山縣、鉛山縣、廣豐區(qū)為主，茶園面積占33.9%，產(chǎn)量占48.4%;贛西北茶區(qū)：主要分布在修水縣、銅鼓縣、靖安縣、瑞昌市、湖口縣、都昌縣，茶園面積占29.2%，產(chǎn)量占27.8%;贛中南茶區(qū)：以遂川縣、井岡山市、上猶縣、資溪縣、崇義縣、寧都縣、會(huì)昌縣，茶園面積占36.9%，產(chǎn)量占23.8%（圖1）。

1.2 資料來源

江西省茶園面積和產(chǎn)量資料來源于江西省統(tǒng)計(jì)局2016—2017年統(tǒng)計(jì)年鑒。本研究以江西省18個(gè)氣象站1961—2019年逐日氣溫觀測(cè)資料為研究對(duì)象，采用3—4月日最低氣溫（Tmin）≤4 ℃作為春茶霜凍發(fā)生的臨界值，按照輕度（2 ℃

1.3 研究方法

1.3.1 氣候傾向率 用Y表示霜凍要素，t表示對(duì)應(yīng)的年序，擬合得到一元線性回歸方程[15]

Y=a0+a1t。（1）

式中：t為對(duì)應(yīng)的年序，a0為常數(shù)項(xiàng)，a1為系數(shù)，a1大于0時(shí)表示霜凍要素隨時(shí)間呈增加或推遲趨勢(shì)，反之呈下降或提前趨勢(shì)，其值的大小反映變化速率，并以a1×10作為霜凍要素的線性傾向率。變化趨勢(shì)是否顯著用相關(guān)系數(shù)r來判斷，超過α=0.05顯著性水平則認(rèn)為變化趨勢(shì)顯著。

1.3.2 春霜凍異常特征值 選定每年3—4月出現(xiàn)的霜凍為春霜凍，最后一次春霜凍出現(xiàn)的日期為終霜期。由于春霜凍是因大氣溫度降低而引起農(nóng)作物受凍的一種災(zāi)害，因此它同氣溫一樣具有正態(tài)分布特征，設(shè)定極端霜凍日的概率值為0.05，將樣本終霜期與平均終霜期（D）之差>1.65σ和σ～1.65σ分別定義為特晚終霜期和偏晚終霜期，其中，D為1961—2019年終霜期的平均值，σ為1961—2019年終霜期的標(biāo)準(zhǔn)差[9]。

1.3.3 Manner-Kendall突變檢驗(yàn) Manner-Kendall突變檢驗(yàn)[16-18]（簡(jiǎn)稱M-K檢驗(yàn)）是世界氣象組織推薦并廣泛應(yīng)用的非參數(shù)統(tǒng)計(jì)方法，它能客觀表征樣本序列的變化趨勢(shì)，明確突變發(fā)生時(shí)間、區(qū)域及其范圍。它的2個(gè)重要參數(shù)是統(tǒng)計(jì)量M和趨勢(shì)變化的斜率β，M大于0表示增加或推遲趨勢(shì)，小于0為下減少或提前趨勢(shì)，斜率β表示趨勢(shì)變化的方向和程度，即變化速率。

2 結(jié)果與分析

2.1 江西省茶葉春霜凍時(shí)間變化特征

2.1.1 茶葉春霜凍年際變化特征 由圖2可見，贛東北茶區(qū)近59年平均終霜期提早了14.2 d，平均春霜日數(shù)減少了5.3 d，其氣候傾向率分別為-2.4 d/10年和 -0.9 d/10年，均通過0.01顯著性檢驗(yàn)。20世紀(jì)60年代平均終霜期出現(xiàn)在3月25日，從20世紀(jì)70年代起出現(xiàn)明顯提早的變化趨勢(shì)，其中21世紀(jì)以來平均終霜期比20世紀(jì)60年代提早了 11 d。平均春霜日數(shù)在20世紀(jì)60年代出現(xiàn)最多，年均8 d，20世紀(jì)70年代和80年代比60年代少了2 d，20世紀(jì)90年代開始平均春霜日數(shù)明顯減少，年均只有3～4 d。

由圖2可見，贛西北茶區(qū)59年間平均終霜期提早了11.8 d，平均春霜日數(shù)減少了4.7 d，其氣候傾向率分別為 -2.0 d/10年和-0.8 d/10年，均通過0.01顯著性檢驗(yàn)。20世紀(jì)60年代平均終霜期出現(xiàn)在3月26日，20世紀(jì)70年代、80年代不斷提前，20世紀(jì)90年代比20世紀(jì)80年代偏晚1 d，21世紀(jì)后平均終霜期又提前到了3月15日。平均春霜日數(shù)年代變化與贛東北茶區(qū)相似，也表現(xiàn)為20世紀(jì)60年代（年均8 d）最多，20世紀(jì)70年代起逐漸減少，21世紀(jì)年均只有4～5 d。

由圖2可見，贛中南茶區(qū)59年間平均終霜期提早了7.1 d，平均春霜日數(shù)減少了2.2 d，其氣候傾向率分別為 -1.2 d/10年和-0.4 d/10年，終霜期通過0.1顯著性檢驗(yàn)，春霜日數(shù)通過0.01顯著性檢驗(yàn)。贛中南茶區(qū)平均終霜期年代變化規(guī)律不明顯，20世紀(jì)60和20世紀(jì)70年代分別為3月20日和3月23日，20世紀(jì)80年代提前到3月13日，20世紀(jì)90年代又推遲到3月20日， 21世紀(jì)后又提前到3月14日。平均春霜日數(shù)20世紀(jì)60年代和20世紀(jì)80年代出現(xiàn)最多，年均4 d，其他年代年均為1～3 d。

2.1.2 茶葉春霜凍的月變化特征 根據(jù)茶葉春霜凍的氣象指標(biāo)，分別統(tǒng)計(jì)贛東北、贛西北和贛中南茶葉主產(chǎn)區(qū)在3—4月不同等級(jí)霜凍日數(shù)的變化趨勢(shì)，從表1可以看出，從3—4月發(fā)生茶葉春霜凍的等級(jí)來看，近59年輕度和中度春霜凍贛西北茶區(qū)發(fā)生時(shí)間最多，贛東北茶區(qū)次之，贛中南茶區(qū)最少;重度春霜凍贛東北茶區(qū)發(fā)生時(shí)間最多，贛西北茶區(qū)次之，贛中南茶區(qū)最少。按月份來看，贛東北、贛西北和贛中南茶區(qū)均在3月份發(fā)生春霜凍的可能性最高， 年均霜凍日數(shù)分別為4.6、5.7、2.8 d， 占總霜凍日數(shù)的96%、95%、97%，并且3種等級(jí)的霜凍均有可能發(fā)生，其中發(fā)生輕度霜凍的次數(shù)明顯多于中度和重度霜凍。隨著時(shí)間的推移，氣溫逐漸升高，4月發(fā)生春霜凍的次數(shù)明顯減少，近59年中沒有出現(xiàn)過重度春霜凍。

2.1.3 茶葉春霜凍異常特征分析 以D+1.65σ確定各茶區(qū)特晚終霜期的指標(biāo)日，贛東北茶區(qū)為4月2日，贛西北茶區(qū)為4月4日，贛中南茶區(qū)為3月31日。59年中贛東北茶區(qū)出現(xiàn)2次特晚終霜凍，均出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代;其他各區(qū)均出現(xiàn)4次，贛西北茶區(qū)出現(xiàn)在1963、1969、1972、1996年，贛中南茶區(qū)出現(xiàn)在1969、1974、1980、1991年。以D+σ確定各茶區(qū)偏晚終霜期的指標(biāo)日，贛東北茶區(qū)為3月27日，贛西北茶區(qū)為3月29日，贛中南茶區(qū)為3月26日。贛東北茶區(qū)偏晚終霜期共出現(xiàn)8次，20世紀(jì)60年代出現(xiàn)1次，20世紀(jì)70年代出現(xiàn)3次，20世紀(jì)80年代和90年代各2次;贛西北茶區(qū)出現(xiàn)8次，20世紀(jì)70年代出現(xiàn)2次，20世紀(jì)80年代出現(xiàn)3次，另有3次分別出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì);贛中南茶區(qū)共出現(xiàn)5次，有2次出現(xiàn)在20世紀(jì)60年代，20世紀(jì)70年代、20世紀(jì)90年代和21世紀(jì)各1次。2011年以來全省各茶葉主產(chǎn)區(qū)均未出現(xiàn)偏晚霜凍（表2）。

2.2 江西省茶葉春霜凍空間分布特征

2.2.1 江西省茶葉終霜期空間分布 江西省茶葉終霜期的空間分布結(jié)構(gòu)見圖3，其中平均終霜期為1961—2019年某茶葉主產(chǎn)縣的年均終霜期，最晚終霜期為1961—2019年某茶葉主產(chǎn)縣終霜期的最大值。從圖3可以看出，贛東北茶區(qū)平均終霜期出現(xiàn)在3月15—25日，贛西北茶區(qū)出現(xiàn)在3月18—24日，而贛中南茶區(qū)平均終霜期最早，為3月13—24日，其中主產(chǎn)縣中最早的出現(xiàn)在南部的會(huì)昌（3月12日），最晚的出現(xiàn)在北部的婺源和銅鼓（3月25日）。近59年中最晚終霜期除婺源縣、修水縣、銅鼓縣、瑞昌市、都昌縣、湖口縣和資溪縣出現(xiàn)在4月14—16日外，其他站點(diǎn)普遍在4月5—10日，其中全省最晚的1次終霜期（2010年4月16日）出現(xiàn)在贛西北的修水縣、瑞昌市、都昌縣和湖口縣。

2.2.2 江西省茶葉春霜日數(shù)空間分布 從江西省茶葉春霜日數(shù)的空間分布圖來看，江西北部發(fā)生春霜凍的概率要明顯大于南部。平均春霜日數(shù)為1961—2019年某茶葉主產(chǎn)縣的年均春霜日數(shù)，最大春霜日數(shù)為1961—2019年某茶葉主產(chǎn)縣全年春霜日數(shù)的最大值。中南面的遂川縣、崇義縣、會(huì)昌縣和上猶縣的平均春霜日數(shù)最少，年均只有 2 d;平均春霜日數(shù)最多的出現(xiàn)在北部的修水縣，年均8 d。全省近59年最大春霜日數(shù)贛中南茶區(qū)為6～13 d，贛西北茶區(qū)為13～16 d，而贛東北茶區(qū)為11～17 d。

2.3 江西省茶葉春霜凍氣候突變分析

江西省各茶區(qū)春霜凍的Mann-Kendall檢驗(yàn)結(jié)果見圖5。從圖5可以看出，由UF曲線（圖5-a）可見，自20世紀(jì)80年代以來，贛東北終霜期開始提前，2001年至今這種提前趨勢(shì)還超過0.05臨界線。1983—1991年UF和UB曲線多次相交，無法確定其突變點(diǎn)， 再次經(jīng)過累積距平分析，確定1988年為贛東北終霜期提前的突變起始年，突變后的平均終霜期比突變前提早了7 d。圖5-b為贛東北春霜日數(shù)的Mann-Kendall檢驗(yàn)，UF曲線在1978年后保持在零線以下，且2次超過0.05臨界線，表明贛東北春霜日數(shù)在1978年后呈減少趨勢(shì)，UF和UB曲線在1997—2016年之間多次相交，經(jīng)過累積距平分析后，確定其突變點(diǎn)在1997年，突變后的平均春霜日數(shù)比突變前減少了3 d。

從圖5-c可以看出，1961—1996年UF曲線在零線上下不穩(wěn)定地波動(dòng)發(fā)展，從1997年開始UF曲線始終在零線以下，并在2006年超過0.05臨界線。UF和UB曲線在1990—1996年多次相交，再次經(jīng)累積距平分析，確定其突變點(diǎn)在1996年。說明贛西北茶葉終霜期在1996年發(fā)生提前的突變，且在2006年這種提早突變達(dá)到0.05顯著性水平，突變后的平均終霜期比突變前提早了8 d。從圖5-d可以看出，UF曲線1997年后始終在零線以下，并在2018年突破0.05臨界線，UF和UB曲線相交于2016年。表明贛西北茶葉春霜日數(shù)從1997年開始減少，在2016年發(fā)生減少的突變，且在2018年達(dá)到0.05顯著性水平，突變后的平均春霜日數(shù)比突變前減少了4 d。

近59年贛中南茶葉終霜期也表現(xiàn)為提早趨勢(shì)（圖5-e）。1961—2019年UF曲線以正值為主，在1964—1980年UF和UB曲線多次相交，進(jìn)一步進(jìn)行累積距平分析，確定其突變點(diǎn)在1980年，且UF曲線多次超過0.05的顯著性水平。表明茶葉終霜期在1980年發(fā)生提前的突變，突變后的平均終霜期比突變前提早了6 d。圖5-f表明，在2015年之前UF曲線在絕大多數(shù)時(shí)間段內(nèi)大于0，并在2019年與UB曲線相交，但未超過0.05顯著性水平，表明贛中南春霜日數(shù)未出現(xiàn)突變現(xiàn)象。

3 結(jié)論與討論

3.1 江西省茶葉春霜凍時(shí)間變化特征

3—4月為江西春茶生長和采摘的關(guān)鍵期，其中3月發(fā)生春霜凍的可能性最高，且以輕度霜凍為主。特晚終霜期均出現(xiàn)在1997年之前，偏晚終霜期均出現(xiàn)在2011年之前。59年來，茶葉春霜凍的長期變化趨勢(shì)表現(xiàn)為終霜期明顯提早，春霜日數(shù)顯著減少，且變化速率贛東北大于贛西北，贛西北大于贛中南，其中平均終霜期贛東北、贛西北、贛中南發(fā)生突變的年份分布在1988、1996、1980年，突變后的平均終霜期比突變前提早了6～8 d;平均春霜日數(shù)贛東北、贛西北發(fā)生突變的年份分別是1997、2016年，比突變前減少了3～4 d，而贛中南在95%的顯著性水平下未發(fā)生突變。說明受到氣候變暖的影響，江西茶葉在春季發(fā)生霜凍的可能性在逐漸減小，但這并不意味著春霜凍災(zāi)害一定減輕，因?yàn)樵跉夂蜃兓拇蟊尘跋拢覈杭練鉁夭▌?dòng)幅度加大[19]，因此未來完全有可能出現(xiàn)嚴(yán)重霜凍，而極短時(shí)間的霜凍就能對(duì)茶葉造成極大的危害，茶葉生產(chǎn)上仍需要加強(qiáng)對(duì)春霜凍災(zāi)害的警惕。

3.2 江西省茶葉春霜凍空間分布特征

贛中南平均終霜期出現(xiàn)得最早，而贛東北出現(xiàn)得最晚，最早和最晚相差12 d，其中全省最晚的1次終霜期（2010年4月16日）出現(xiàn)在贛西北的修水市、瑞昌市、都昌縣和湖口縣。平均春霜日數(shù)自南向北遞增，其中以南面的遂川縣、崇義縣、會(huì)昌縣和上猶縣春霜凍發(fā)生的可能性最低，而北面的修水縣發(fā)生春霜凍的可能性最高，適宜栽種抗寒抗凍性較強(qiáng)的品種。早春氣溫較低，霜凍出現(xiàn)的概率也較高[13]，李柏貞等在研究1961—2015年江西省氣溫變化特征中指出，江西省年平均最低氣溫的空間分布呈“南高北低”特征[20]，本研究的結(jié)論與之相同。

3.3 江西省茶葉春霜凍防御對(duì)策

在氣候變暖的背景下，加強(qiáng)茶葉春霜凍災(zāi)害的防御，是提高春茶產(chǎn)量和品質(zhì)的關(guān)鍵因素之一。（1）新建茶園和改造茶園時(shí)盡量選擇陽坡、抗寒性強(qiáng)的品種，合理布局茶園;（2）加強(qiáng)茶園培育管理和設(shè)施建設(shè)，以提高茶樹抗凍防凍能力;（3）在3—4月春茶生長的關(guān)鍵時(shí)期，應(yīng)密切關(guān)注天氣預(yù)報(bào)，根據(jù)預(yù)報(bào)合理安排采摘期，在霜凍來臨前因地制宜采取鋪草、遮陽網(wǎng)覆蓋、熏煙、灌水等方法進(jìn)行防護(hù)，以將霜凍損失降至最低。

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