李海燕，劉志雄

（1.湖北省黃岡市氣象局，湖北 黃岡 438000；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430000）

蘄艾是艾草的一種，屬桔梗目菊科蒿屬多年生草本或略呈半灌木狀植物，為中草藥，湖北省黃岡市蘄春縣特產(chǎn)，中國國家地理標志產(chǎn)品。蘄艾是《湖北省農(nóng)業(yè)發(fā)展“十三五”規(guī)劃綱要》打造的兩個省級核心大品牌之一，是湖北省政府和黃岡市委市政府2018—2020 年重點發(fā)展的支柱產(chǎn)業(yè)和打造的品牌以及精準扶貧項目，黃岡市政府2018 年2 月2 日發(fā)布黃政辦發(fā)〔2018〕7 號文件《市人民政府辦公室關于加快發(fā)展蘄艾產(chǎn)業(yè)的意見》，明確提出黃岡市要打造100 億蘄艾產(chǎn)業(yè)目標。蘄艾在蘄春縣大面積種植，迅速成為該地區(qū)的優(yōu)質(zhì)特色產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)生了較高的經(jīng)濟和社會效益。蘄春縣位于湖北省東部、大別山南麓、長江中游北岸，境內(nèi)海拔12.0～1 244.1 m，屬亞熱帶大陸季風氣候，雨量充沛，氣候溫和，四季分明，日照時間長，晝夜溫差大，土壤類型多為紅壤、潮土和黃棕壤，獨特的地質(zhì)、地理和氣候條件，造就了生長在該地區(qū)的蘄艾揮發(fā)油、總黃酮和燃燒值均較其他地區(qū)的高［1-3］，蘄春縣因此成為湖北省乃至全國的高品質(zhì)艾（蘄艾）種植基地。

隨著全國各地開始探索實踐農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認證工作，在突出地區(qū)特色、增強氣象為“三農(nóng)”服務的基礎上，浙江、江西、黑龍江等地區(qū)開展了茶葉、臍橙、大豆等農(nóng)產(chǎn)品的氣候品質(zhì)認證工作［4-6］，青海、甘肅、新疆等地區(qū)開展了枸杞、黃芪、紅棗等中藥材類的農(nóng)產(chǎn)品氣候品質(zhì)認證［7-9］，均取得了良好的社會和經(jīng)濟效益。艾草品質(zhì)受氣候條件影響明顯，國內(nèi)大多數(shù)地區(qū)都有艾草種植，因地區(qū)氣候條件的差異，不同產(chǎn)區(qū)的艾草在揮發(fā)油、總黃酮、鞣酸含量等方面有較大差異，其中以湖北省蘄春縣所產(chǎn)的艾草為最佳［10-12］，但艾草氣候品質(zhì)認證方面的相關研究尚未見報道。開展蘄艾氣候品質(zhì)認證不僅可以為蘄艾產(chǎn)業(yè)發(fā)展提供更精細化、科學化的氣象服務支撐，還可為蘄艾賦予更具特色的地域屬性。以湖北省蘄艾為研究對象，利用熵權法、專家評判法和加權指數(shù)求和法，通過綜合評估各環(huán)境氣候要素在蘄艾生長發(fā)育階段對其品質(zhì)的影響，建立蘄艾氣候品質(zhì)認證模型，確定氣候評價等級標準，利用同期各環(huán)境氣候要素實現(xiàn)對蘄艾品質(zhì)優(yōu)劣等級的評定，一方面可以提高蘄艾銷售的附加值，為消費者購買提供參考，另一方面，可為其他中藥材氣候品質(zhì)認證提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

蘄春縣位于湖北省東南部，東臨長江，北接大別山，屬于典型的亞熱帶大陸季風氣候，年平均氣溫17.7 ℃，日照時數(shù)1 906.8 h，年降水量1 420.6 mm，無霜期268.6 d。山地植被較好、干旱發(fā)生較少、日照充足、晝夜溫差大、無霜期長等環(huán)境條件是蘄春縣發(fā)展中藥材種植的優(yōu)勢氣候資源。

1.2 氣象數(shù)據(jù)

1981—2020 年蘄春國家氣象站（北緯30°14'、東經(jīng)115°28'，海拔高度71.7 m）觀測資料，包括逐日和逐月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、相對濕度、日照時數(shù)、平均風速、蒸發(fā)量等；蘄春區(qū)域自動氣象觀測站2011—2020 年逐日和逐月平均氣溫、最高氣溫、最低氣溫、降水量、平均風速等觀測資料；ERA5-Land 陸面高分辨率再分析資料1981—2020年逐小時2 m 溫度、2 m 相對濕度、降水量、10 m 風速等，空間分辨率0.1°×0.1°，數(shù)據(jù)來源于歐洲中期天氣預報中心。

1.3 研究方法

1.3.1 蘄艾取樣及測定方法 蘄艾樣本為2022 年6月3 日正午采于蘄春縣漕河鎮(zhèn)蘄春國家氣象觀測站蘄艾試驗地，置于室內(nèi)自然陰干，除去雜質(zhì)?？倱]發(fā)油及揮發(fā)性成分含量測定參照2020 年版《中華人民共和國藥典（四部）》通則2204“揮發(fā)油測定法”測定揮發(fā)油含量，并運用ThermoFisher Trace1310 型氣相色譜質(zhì)譜聯(lián)用儀測定艾葉揮發(fā)油中桉油精、側柏酮、樟腦的含量［13，14］，用紫外分光光度法測定艾葉總黃酮含量［15］。

1.3.2 統(tǒng)計分析 采用SPSS 25.0 軟件對蘄艾各物候期的氣象要素和品質(zhì)數(shù)據(jù)進行處理和分析；利用熵權法、專家評判法對各因子權重進行賦值，采用加權指數(shù)求和法構建蘄艾氣候品質(zhì)評價模型。

2 結果與分析

2.1 蘄艾品質(zhì)指標認證技術

蘄艾品質(zhì)等級根據(jù)蘄艾的形、味兩個方面確定。參考T/HBAS 002—2018《蘄艾葉》、T/HBAS 012—2019《蘄艾精油》和DB42/T 1524—2019《蘄艾絨分級質(zhì)量標準》，結合1988 年以來已測定得到的蘄艾有效成分，將蘄艾按外觀和理化等級指標分為特優(yōu)、優(yōu)、一般3 個等級，詳見表1。

表1 蘄艾品質(zhì)分級

2.2 指標選取與模型構建

蘄艾極易繁衍生長，對氣候和土壤的適應性較強，耐寒耐旱。蘄艾品質(zhì)的形成主要取決于獨特的自然生態(tài)環(huán)境、氣候條件，綜合考慮影響蘄艾生長的區(qū)域氣候適宜性、生長期氣候條件及生產(chǎn)管理措施，建立蘄艾氣候品質(zhì)評價模型，見式（1）。

式中，W表示認證得分，W≥90 分為特優(yōu)，80 分≤W＜90 分為優(yōu)，W＜80 分為一般。a、b、c為相應的權重，由專家評判法得出，a=0.41，b=0.48，c=0.11。X1代表蘄艾區(qū)域氣候適宜性指標得分；X2代表當年蘄艾生長期氣象條件得分，X2=α-β，α表示主要氣候資源情況，β表示主要農(nóng)業(yè)氣象災害情況；X3代表蘄艾種植生產(chǎn)管理措施得分。

2.2.1 區(qū)域氣候適宜性指標 為了提高數(shù)據(jù)的準確性，選取基于氣候模式和衛(wèi)星遙感數(shù)據(jù)的再分析數(shù)據(jù)。大氣再分析數(shù)據(jù)同化了大量衛(wèi)星資料以及地面和高空等常規(guī)觀測資料，與傳統(tǒng)實測數(shù)據(jù)相比，具有時間序列長、覆蓋面廣、分辨率高、不受地形地貌條件限制等特點。源于歐洲中期天氣預報中心的ERA5-Land 是應用較為廣泛的再分析數(shù)據(jù)集。鑒于蘄春縣區(qū)域氣象站布局有限，為使氣候區(qū)劃更為精細，引入ERA5-Land 再分析資料。

溫、光、水、海拔和土壤酸堿性是影響蘄艾品質(zhì)的主要因素，生長旺盛期的平均氣溫、積溫和日較差不僅影響蘄艾的生育進程，還影響蘄艾產(chǎn)量和品質(zhì)的形成，經(jīng)咨詢專家和查閱文獻資料［11］后，選取蘄艾生長旺盛期（3 月1 日至5 月31 日）的平均氣溫、氣溫日較差、≥10 ℃的有效積溫、降水量、日照時數(shù)以及蘄艾種植海拔高度、土壤pH 作為蘄艾氣候適宜性區(qū)劃指標（表2），劃分為適宜區(qū)、較適宜區(qū)、不適宜區(qū)，分別評分為100、90、80 分。利用熵權法計算各指標權重，加權指數(shù)求和法構建蘄艾氣候適宜性評價模型。

表2 蘄春縣蘄艾生態(tài)適宜性指標

式中，θ1、θ2、θ3、θ4、θ5、θ6、θ7分別為蘄艾種植海拔高度、土壤pH 和3 月1 日至5 月31 日的平均氣溫、氣溫日較差、≥10 ℃的有效積溫、降水量、日照時數(shù)等級評分，權重依次為0.142、0.070、0.122、0.117、0.113、0.136、0.300。

蘄艾生長旺盛期內(nèi)平均氣溫≥17.5 ℃、≥10 ℃的有效積溫≥740 ℃·d、平均氣溫日較差≥8.5 ℃時，利于蘄艾植株生長及品質(zhì)的形成；日照時數(shù)≤450 h、降水量≤400 mm 時，有利于蘄艾揮發(fā)性物質(zhì)含量的提升。蘄艾適生于偏酸性和中性土壤，這類土壤環(huán)境對蘄艾揮發(fā)油的含量沒有明顯影響，但與總黃酮、鞣質(zhì)含量呈顯著正相關，土壤越接近中性，越利于總黃酮、鞣質(zhì)含量的提升。蘄艾在蘄春縣不同海拔高度均有分布，從不同海拔高度蘄艾取樣測定結果來看，海拔高度對蘄艾揮發(fā)油含量影響不大，但與總黃酮、鞣質(zhì)含量呈顯著負相關，海拔400 m 以上的區(qū)域不適宜蘄艾大面積種植，適宜種植區(qū)在海拔200 m以下地區(qū)。

利用1981—2020 年蘄春國家氣象觀測站及ERA5-Land 陸面高分辨率再分析資料，2011—2020年蘄春縣境內(nèi)24 個區(qū)域自動氣象站氣溫、降水、日照等資料，結合蘄春縣各地海拔高度、土壤pH，進行蘄艾種植氣候適宜性區(qū)劃。由圖1 可知，檀林、大同、獅子、株林四鎮(zhèn)北部和張榜鎮(zhèn)東部以及向橋、青石二鎮(zhèn)的東偏南部不適宜蘄艾生長；檀林鎮(zhèn)、大同鎮(zhèn)、向橋鎮(zhèn)大部分為蘄艾生長的不適宜區(qū)和較適宜區(qū)，除上述鄉(xiāng)鎮(zhèn)外，蘄春大部分鄉(xiāng)鎮(zhèn)為蘄艾生長的適宜區(qū)。

圖1 蘄艾生長氣候適宜性區(qū)劃

2.2.2 生長期氣象條件 蘄艾生長期氣候條件包括氣候資源及農(nóng)業(yè)氣象災害2 個部分，按統(tǒng)計數(shù)據(jù)及經(jīng)驗估算，農(nóng)業(yè)氣象災害影響程度占比為20%，氣候資源占比為80%［16］。蘄艾移栽期12 月氣溫低于-3 ℃、遇連續(xù)陰雨時，影響根莖成活，平均最高氣溫以11～12 ℃為宜；生長期3—5 月通風透氣、適宜溫度為24～30 ℃，利于植株生長及揮發(fā)性物質(zhì)的形成，如果氣溫過低則阻礙莖桿細胞分裂，不利于形成壯株，高溫超過30 ℃時，葉子易枯黃；另一方面，在蘄艾成熟收獲期（5 月下旬至6 月上旬），揮發(fā)性物質(zhì)累積到峰值，日照時數(shù)以晝夜節(jié)律的形式影響艾葉揮發(fā)性物質(zhì)的釋放，日照時數(shù)越長，釋放越多，揮發(fā)油含量越少；環(huán)境氣象因子對蘄艾其他品質(zhì)的影響主要表現(xiàn)為對總黃酮含量的直接作用，即移栽期（12月）相對濕度和生長期（5 月）氣溫日較差的負效應［17，18］。因此，通過文獻調(diào)研和專家咨詢，在蘄艾氣候資源（α）的評價指標中考慮影響品質(zhì)的主要氣候因子，包括移栽期（12 月）平均最高氣溫（α1）、移栽期（12 月）相對濕度（α2），生長期（3 月）月平均風速（α3）、3 月≥10 ℃的有效積溫（α4）、生長期（5 月）月平均風速（α5）、5 月氣溫日較差（α6），成熟期（5 月下旬至6 月上旬）日照時數(shù)（α7）。根據(jù)主要氣候因子對品質(zhì)的影響程度，利用熵權法計算各指標權重，加權指數(shù)求和法構建蘄艾氣候資源評價模型，等級劃分為特優(yōu)、優(yōu)、一般，分別評分為100、90、80 分，評分算式見式（3）、評分標準見表3。

表3 氣候資源評分標準

蘄春縣艾草種植的主要農(nóng)業(yè)氣象災害（β）包括移栽期和生長期連陰雨（7 d 以上連續(xù)陰雨）（β1）、生長期干旱（15 d 以上無降水）（β2）和高溫（連續(xù)3 d日最高氣溫＞30 ℃）（β3）、成熟收獲期冰雹（β4）和暴雨（β5），根據(jù)不同災害影響程度分別賦予不同權重0.3、0.3、0.2、0.1、0.1。災害總分值20 分，各農(nóng)業(yè)氣象災害因子根據(jù)無災害、輕微災害、嚴重災害分別評分為0、10、20 分。計算式如下。

2.2.3 生產(chǎn)管理措施 蘄艾的田間環(huán)境是蘄艾品質(zhì)形成的先決條件，生產(chǎn)管理措施對提高艾草的質(zhì)量具有重要意義。根據(jù)艾農(nóng)實際管理情況，分為特優(yōu)（100 分）、優(yōu)（90 分）、一般（80 分）。評分算式如下。

式中，γ1表示產(chǎn)地環(huán)境嚴格按照DB42/T 925—2021《中藥材：蘄艾生產(chǎn)技術規(guī)程》執(zhí)行，權重0.4；γ2表示蘄春縣已經(jīng)形成了標準化生產(chǎn)技術規(guī)范，生產(chǎn)中嚴格按規(guī)范執(zhí)行，權重0.4；γ3表示在生產(chǎn)中嚴格按照GB/T 8321《農(nóng)藥合理使用準則》（所有部分）、NY/T 496—2010《肥料合理使用準則 通則》及以施用農(nóng)家肥、餅肥、廄肥為宜執(zhí)行，權重0.2。

2.3 蘄艾氣候品質(zhì)等級評價

2.3.1 蘄艾氣候品質(zhì)評價體系 將2022 年試驗點氣象數(shù)據(jù)代入式（2）至式（5），再按式（1）判定等級。

2022 年3 月1 日至5 月31 日試驗點蘄艾生長旺盛期平均氣溫為18.2 ℃、氣溫日較差為9.1 ℃、≥10 ℃的有效積溫為760.5 ℃·d、降水量為474.3 mm、日照時數(shù)為444.1 h、海拔高度為71.7 m、土壤pH 為6.8，對照表3 標準對各指標進行等級評價，將結果代入式（2）得到試驗點蘄艾氣候適宜性綜合評分，X1=97.0 分，為氣候適宜區(qū)。2022 年試驗點蘄艾移栽期上年12 月的月平均最高氣溫為13.75 ℃、相對濕度為69.14%，生長期（3 月和5 月）的月平均風速分別為2.3、1.6 m/s，3 月≥10 ℃的有效積溫為161.8 ℃·d，5 月氣溫日較差為8.7 ℃，成熟期（5 月下旬至6 月上旬）日照時數(shù)為73.43 h，綜合評分α=76.8 分；2022 年試驗田蘄艾移栽期未出現(xiàn)7 d 以上連續(xù)陰雨，但在生長期（3 月）出現(xiàn)了連陰雨導致輕微災害，生長期均未出現(xiàn)干旱和高溫，成熟收獲期也未出現(xiàn)冰雹，但出現(xiàn)了1 次暴雨造成輕微災害，農(nóng)業(yè)氣象災害綜合評分β=0.8 分，故X2=76.0 分；試驗田蘄艾種植過程嚴格按照相關標準執(zhí)行，以施用農(nóng)家肥為主，病蟲害防治以生物防治為主，在田間安裝太陽能殺蟲燈、安插可降解誘蟲板（黃板、藍板），故試驗田蘄艾種植管理條件得分X3=100.0 分。將X1、X2、X3代入式（1）得到W=87.25 分，即氣候品質(zhì)評價體系認證試驗田蘄艾氣候品質(zhì)為“優(yōu)”。

根據(jù)以上研究，綜合考慮區(qū)域氣候適宜性、生育期氣候條件及生產(chǎn)管理措施關鍵因子對蘄艾氣候品質(zhì)的影響，根據(jù)構建的蘄艾氣候品質(zhì)評價模型，在ArcGIS 軟件中將各關鍵因子的評分柵格圖進行計算迭加，最終得到2022 年蘄春縣蘄艾氣候品質(zhì)評分分布情況（圖2）。由圖2 可以看到，≥90 分（“特優(yōu)”等級）區(qū)域主要分布在蘄春縣彭思鎮(zhèn)、八里湖農(nóng)場和赤東鎮(zhèn)，蘄春縣中東部大多鄉(xiāng)鎮(zhèn)蘄艾品質(zhì)為“優(yōu)”等級，這與蘄艾實際生產(chǎn)品質(zhì)基本一致。

圖2 2022 年蘄春縣蘄艾氣候品質(zhì)評分分布

2.3.2 蘄艾氣候品質(zhì)指標評價模型 將蘄艾品質(zhì)關鍵指標與其整個生育期的溫、光、水、風、蒸發(fā)量等環(huán)境氣象因子進行相關性分析、顯著性檢驗和關聯(lián)度分析，找出顯著影響蘄艾品質(zhì)的關鍵環(huán)境氣象因子，并建立蘄艾品質(zhì)指標評價模型［19］。

式中，Y1、Y2、Y3分別表示蘄艾揮發(fā)油、總黃酮、桉油精含量；Tm_12 為12 月平均最高氣溫；Ti_3 和Ti_5 為3 月、5 月平均最低氣溫；Tc_4 和Tc_5 為4 月、5月平均氣溫日較差；S_6 為6 月日照時數(shù)；RH_12 為12 月相對濕度。將2022 年蘄春國家氣象觀測站實際觀測數(shù)據(jù)代入方程組，結合表1 得到Y1=1.73，為“特優(yōu)”；Y2=11.36，為“特優(yōu)”；Y3=6.77，為“一般”；試驗點蘄艾植株普遍高度為1.0～1.5 m，為“優(yōu)”，按照表1 標準，蘄艾品質(zhì)指標評價模型認證2022 年試驗田蘄艾氣候品質(zhì)為“優(yōu)”。

2.3.3 2022 年試驗田蘄艾實際檢測品質(zhì) 2022 年7月，蘄春縣公共檢測檢驗中心對試驗點端午節(jié)當日12：00—14：00 采集的艾葉進行室內(nèi)自然陰干，除去雜質(zhì)，檢測得到其揮發(fā)油含量為0.46%，總黃酮含量為9.5%，2022 年6 月初試驗點蘄艾植株普遍高度為1.0～1.5 m、最高約1.8 m，結合表1，2022 年試驗田蘄艾品質(zhì)實際為“優(yōu)”，與蘄艾氣候品質(zhì)認證技術及蘄艾品質(zhì)指標評價模型結論一致。

綜上所述，蘄艾氣候品質(zhì)評價體系及指標評價模型均可應用于蘄艾品質(zhì)的認證，如將二者結合使用，更能精準評估蘄艾不同種植區(qū)的氣候品質(zhì)。

3 小結與討論

蘄艾品質(zhì)的形成和氣象條件密切相關，本研究創(chuàng)新性提出了蘄艾氣候品質(zhì)概念，即氣候條件對蘄艾品質(zhì)的影響。在田間試驗的基礎上，耦合品質(zhì)指標和同期氣象數(shù)據(jù)，結合實際生產(chǎn)，明確提出了蘄艾氣候品質(zhì)指標為移栽期（12 月）平均最高氣溫和相對濕度，生長期（3 月和5 月）月平均風速、3 月≥10 ℃的有效積溫、5 月氣溫日較差，成熟期（5 月下旬至6月上旬）日照時數(shù)。通過對蘄艾區(qū)域氣候適應性區(qū)劃、生長期氣象條件、田間管理措施綜合評分，對蘄艾氣候品質(zhì)進行評分定級，提出蘄艾氣候品質(zhì)認證技術，不僅提高了蘄艾的市場競爭力、拓寬了氣象為特色農(nóng)業(yè)服務領域，其成果還可為其他中藥材開展氣候品質(zhì)認證提供參考。

蘄艾氣候品質(zhì)評價體系及指標評價模型均可應用于蘄艾氣候品質(zhì)的認證，如將二者結合，更能精準評估不同種植區(qū)的蘄艾氣候品質(zhì)。