摘要：為科學(xué)評估山東省茶樹凍害影響情況，將山東省茶樹凍害分為越冬期和春茶期凍害兩類，分別找出影響兩類凍害發(fā)生的主要?dú)庀笠蜃?，通過多元線性回歸分別建立了山東省茶樹越冬期和春茶期凍害減產(chǎn)預(yù)測模型。經(jīng)驗(yàn)證，所得預(yù)測模型準(zhǔn)確率較高，可以用來指導(dǎo)茶農(nóng)科學(xué)防凍，提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)，推動(dòng)山東省茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

關(guān)鍵詞：凍害；春茶；減產(chǎn)率；產(chǎn)量模型；影響評估

中圖分類號：S571.1；S425 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1000－3150（2024）09-41-5

Evaluation of the Impact of Freezing Damage on

Tea Production in Shandong Province

ZHU Xiuhong1，2， ZHENG Fang3， TIAN Hongliang4

1. Key Laboratory for Meteorological Disaster Prevention and Mitigation of Shandong， Ji'nan 250031， China;

2. Wulian County Meteorological Bureau， Wulian 262300， China; 3. Convenience Service Center in Xumeng Town，

Wulian 262315， China; 4. Wulian County Science and Technology Bureau， Wulian 262399， China

Abstract： In order to scientifically evaluate the impact freezing damage on tea plants in Shandong， the freezing damage to tea plants was divided into two categories： overwintering period and spring tea period. The main meteorological factors affecting the occurrence of the two types of freezing damage in Shandong were identified， and multiple linear regression was performed to establish prediction models for the reduction rate of freezing damage during the overwintering and spring tea periods in Shandong. The accuracy of the prediction models was verified to be high. The results indicate that forecasting models and influencing factors can be used to guide tea farmers to scientifically prevent freezing， improve tea yield and quality， and promote the high-quality development of Shandong's tea industry.

Keywords： frost damage， spring tea， production reduction rate， yield model， impact assessment

目前山東省茶園總面積2.7萬hm2，年產(chǎn)值40億元，是我國北方最大的茶葉產(chǎn)區(qū)。但山東冬季氣候嚴(yán)寒，由于茶樹喜溫、喜濕的特性，自引種以來，每年都有不同程度的茶樹凍害發(fā)生，輕者引起春茶減產(chǎn)，重者造成春茶絕收，甚至導(dǎo)致茶樹凍死。茶樹凍害分為越冬期凍害（在茶樹秋梢停止生長至次年越冬芽重新生長的休眠階段，遇到低溫或寒潮天氣，芽葉、枝條、莖部或根系受凍產(chǎn)生危害的現(xiàn)象）和春茶期凍害（茶樹春季萌芽至采摘期間遇到倒春寒或劇烈變溫，芽葉、枝條受凍產(chǎn)生危害的現(xiàn)象）兩類，兩者最終影響的是當(dāng)年或次年春茶產(chǎn)量。

2012年發(fā)布的安徽省地方標(biāo)準(zhǔn)《茶樹凍害氣象指標(biāo)》（DB34/T 1591—2012）與2020年發(fā)布的浙江省地方標(biāo)準(zhǔn)《茶樹越冬期凍害等級劃分指南》（DB33/T 2259—2020）均對南方茶樹越冬期凍害進(jìn)行了相關(guān)指標(biāo)的定義及劃分，但未包括春茶期凍害。2018年，中國氣象局行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《茶樹霜凍害等級》（QX/T 410—2017）發(fā)布，該標(biāo)準(zhǔn)對春茶期凍害進(jìn)行了分級研究，但未包括越冬期凍害。同時(shí)上述標(biāo)準(zhǔn)主要以南方茶樹為對象，未考慮山東省茶樹特殊生物學(xué)特性。基于北方茶樹引種以來已經(jīng)過長達(dá)50多年馴化，抗凍能力已明顯提升的事實(shí)，山東省茶樹越冬期凍害指標(biāo)已與上述標(biāo)準(zhǔn)中的指標(biāo)存在明顯差異，需要重新進(jìn)行評估。

經(jīng)查閱國內(nèi)外相關(guān)文獻(xiàn)，未見有對我國北方茶樹凍害春茶減產(chǎn)率以及預(yù)測模型的相關(guān)研究或報(bào)道。本研究根據(jù)人工觀測資料和茶園小氣候觀測站、實(shí)景長勢觀測站自動(dòng)觀測資料，分析歷次茶樹凍害成因，查找凍害相關(guān)性高的氣象因子，分別建立山東茶樹越冬期和春茶期凍害減產(chǎn)預(yù)測模型，為今后科學(xué)預(yù)測、評估茶樹凍害造成的損失提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 凍害統(tǒng)計(jì)對象

山東省約60%茶園集中分布在日照市各區(qū)縣；青島市西海岸新區(qū)和臨沂市莒南縣共有茶園面積0.9萬hm2，約占全省茶園總面積的30%，其他茶園零星分布在全省各地市。本研究選擇5個(gè)茶樹主產(chǎn)區(qū)縣（日照市東港區(qū)、五蓮縣、莒縣，青島西海岸新區(qū)，臨沂市莒南縣）作為茶樹凍害統(tǒng)計(jì)對象。

1.2 觀測時(shí)間與地點(diǎn)

本研究于2019—2023年期間連續(xù)5年開展凍害觀測，觀測地點(diǎn)為山東省振承生物科技有限公司和山東省日照市五蓮縣富園春茶場。

1.3 資料來源

氣象資料來自日照、青島、臨沂市氣象觀測站、茶園小氣候站、茶樹實(shí)景長勢觀測站。茶樹凍害資料部分來源于日照市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院，部分來源于現(xiàn)場調(diào)查。產(chǎn)量資料來源于日照市統(tǒng)計(jì)局、日照市農(nóng)業(yè)科學(xué)研究院和實(shí)際調(diào)查。

1.4 凍害減產(chǎn)預(yù)測模型建立方法

基于文獻(xiàn)檢索法，結(jié)合觀測資料、凍害調(diào)查、凍害觀測試驗(yàn)、專家咨詢、茶農(nóng)座談等方法，對山東茶區(qū)茶樹越冬期和春茶期凍害進(jìn)行成因分析，逐一分析山東省自1966年茶樹引種成功以來28次重度以上凍害原因、減產(chǎn)情況、最低氣溫及持續(xù)天數(shù)等資料。根據(jù)春茶減產(chǎn)率（當(dāng)某年的春季茶葉實(shí)際產(chǎn)量小于趨勢產(chǎn)量時(shí)，實(shí)際產(chǎn)量與趨勢產(chǎn)量的差占趨勢產(chǎn)量的百分比）和氣象條件關(guān)系，找出與減產(chǎn)率密切相關(guān)的氣象因子，分別建立山東茶樹越冬期、春茶期凍害減產(chǎn)預(yù)測模型，并進(jìn)行驗(yàn)證。

2 結(jié)果與分析

2.1 北方茶樹凍害氣象指標(biāo)

2.1.1 越冬期凍害氣象指標(biāo)

茶樹越冬期凍害氣象不同等級指標(biāo)見表1，Tn為茶園日最低氣溫。

2.1.2 春茶期凍害氣象指標(biāo)

茶樹春茶期凍害氣象不同等級指標(biāo)見表2，Tn為茶園日最低氣溫。

2.2 凍害對茶葉產(chǎn)量的影響

茶樹受凍后導(dǎo)致的直接后果是根、莖、葉、芽等出現(xiàn)受凍癥狀，間接后果是春茶減產(chǎn)，本研究將造成春茶減產(chǎn)比例在30%以上的凍害定義為重度凍害。對1966—2023年共計(jì)58年間，山東省露天茶樹越冬期和春茶期受凍情況分別進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，其中出現(xiàn)重度及以上越冬期凍害15次，出現(xiàn)重度及以上春茶期凍害13次。

日照市是山東省茶葉主產(chǎn)區(qū)，茶園面積約占全省茶園總面積的70%，其生產(chǎn)數(shù)據(jù)具有一定代表性。經(jīng)查詢2000—2022年日照市統(tǒng)計(jì)年鑒，發(fā)現(xiàn)其茶葉單產(chǎn)最高的年份為2019年（1 605 kg/hm2），茶葉單產(chǎn)最低的年份是2001年（840 kg/hm2），采用分離法將實(shí)際單產(chǎn)分為趨勢產(chǎn)量和氣象產(chǎn)量，其中趨勢產(chǎn)量采用5年滑動(dòng)平均法求得，獲得2004—2022年逐年趨勢產(chǎn)量，用單位面積實(shí)際產(chǎn)量減去趨勢產(chǎn)量，得到氣象產(chǎn)量，其中氣象產(chǎn)量為正，說明凍害影響小或無凍害發(fā)生，氣象產(chǎn)量數(shù)值越大，凍害影響程度越??；氣象產(chǎn)量為負(fù)，說明凍害影響大，負(fù)值的絕對值越大，凍害程度越嚴(yán)重。2004—2022年日照市逐年茶葉氣象產(chǎn)量統(tǒng)計(jì)見圖1。從圖可知，2010年、2011年、2012年連續(xù)3年氣象產(chǎn)量為負(fù)，經(jīng)查詢凍害資料，2010—2012年連續(xù)3年發(fā)生春茶期凍害，其中2010年茶樹越冬期同時(shí)遭受凍害，氣象產(chǎn)量為負(fù)跟茶樹凍害關(guān)系密切。另經(jīng)查閱凍害觀測資料和氣象資料，2008年、2013年、2016年、2017年和2021年氣象產(chǎn)量低也與茶樹遭受凍害有關(guān)，但2005年和2022年氣象產(chǎn)量低與干旱有關(guān)。

2.3 凍害茶葉減產(chǎn)預(yù)測模型

對越冬期凍害所導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)率及越冬期的日最低氣溫和≤－10 ℃最長持續(xù)天數(shù)進(jìn)行分析，建立越冬期凍害減產(chǎn)預(yù)測方程關(guān)系式；對春茶期凍害所導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)率及春茶期的日最低氣溫和其出現(xiàn)日期分別進(jìn)行分析，建立春茶期凍害減產(chǎn)預(yù)測方程關(guān)系式[5-7]。

y1=－aTn+bDay+c （1）

y2=－dTn+eDate+f （2）

式（1）中，y1代表越冬期凍害導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)率，Tn為越冬期≤－10 ℃日最低氣溫，Day代表日最低氣溫連續(xù)≤－10 ℃最長持續(xù)日數(shù)，c為常數(shù)，a、b為系數(shù)。

式（2）中，y2代表春茶期凍害導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)率，Tn為日最低氣溫，Date代表春茶期凍害發(fā)生日期與當(dāng)年1月1日之間間隔天數(shù)，f為常數(shù)，d、e為系數(shù)。

2.3.1 越冬期凍害減產(chǎn)預(yù)測模型

將前12次越冬期凍害數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立預(yù)測模型。以越冬期凍害導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)率作為因變量y1，以越冬期≤－10 ℃日最低氣溫作為自變量Tn，以日最低氣溫連續(xù)≤－10 ℃最長持續(xù)天數(shù)作為自變量Day，將因變量y1、自變量Tn和自變量Day進(jìn)行二元線性回歸[8-9]。計(jì)算結(jié)果表明，復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.949，R2為0.900，調(diào)整后的R2為0.878，F(xiàn)值為40.415，n1=2，n2=14－2－1=11，查F分布表知，F(xiàn)0.05=3.98，F(xiàn)遠(yuǎn)大于F0.05（3.98），表示方程回歸效果顯著。

建立越冬期凍害春茶減產(chǎn)率與≤－10 ℃日最低氣溫及日最低氣溫連續(xù)≤－10 ℃最長持續(xù)天數(shù)方程關(guān)系式。

y1=－0.148Tn+6.967Day+25.429 （3）

2.3.2 春茶期凍害減產(chǎn)預(yù)測模型

春茶期凍害主要由霜凍或結(jié)冰引起，3月下旬前后，山東茶區(qū)茶芽開始萌動(dòng)，氣溫是影響茶芽萌動(dòng)、新梢生長快慢的重要因子。在晴朗微風(fēng)的夜晚，若氣溫低于5 ℃，茶園易發(fā)生霜凍；若日最低氣溫在0 ℃左右易發(fā)生結(jié)冰。霜凍或結(jié)冰均會對春茶萌發(fā)和產(chǎn)量造成不利影響。山東茶樹春茶期抗凍能力大小與萌芽所處階段密切相關(guān)，越冬返青后，春茶生長前期抗凍能力和凍后修復(fù)能力均比后期強(qiáng)。觀測結(jié)果表明，3月抗凍能力>4月抗凍能力>5月抗凍能力。

將前11次春茶期凍害數(shù)據(jù)進(jìn)行回歸分析，建立預(yù)測模型，對2019年4月26—27日、2020年4月4—5日春茶期凍害進(jìn)行預(yù)報(bào)檢驗(yàn)。將春茶期春茶減產(chǎn)率作為因變量y2，將日最低氣溫作為自變量Tn，將凍害發(fā)生日與當(dāng)年1月1日間的間隔天數(shù)作為自變量Date。將因變量y2與自變量Tn和Date進(jìn)行二元線性回歸[8-9]。計(jì)算結(jié)果表明，復(fù)相關(guān)系數(shù)R為0.944，R2為0.890，調(diào)整后的R2為0.863，F(xiàn)值為32.499，n1=2，n2=13－2－1=10，查F分布表知，F(xiàn)0.05=4.10，F(xiàn)遠(yuǎn)大于F0.05（4.10）。表示方程回歸效果顯著。

y2=－11.439Tn+1.306Date－62.327 （4）

3 凍害模型預(yù)測結(jié)果檢驗(yàn)評估

對1966—2021年共計(jì)56年間山東省茶樹遭受的14次越冬期凍害和13次春茶期凍害分別進(jìn)行歷史資料回代檢驗(yàn)；對2020年12月至2021年1月越冬期凍害、2019年4月26—27日和2020年4月春茶期凍害分別進(jìn)行凍害觀測、調(diào)查檢驗(yàn)[10]；選取2023年1月下旬越冬期凍害進(jìn)行預(yù)測檢驗(yàn)。

3.1 歷史資料回代檢驗(yàn)

對歷年來14次越冬期凍害分別進(jìn)行回代檢驗(yàn)，將日最低氣溫及日最低氣溫≤－10 ℃持續(xù)天數(shù)分別帶入式（3），總體誤差平均值6.2%，誤差較小，方程總體預(yù)測準(zhǔn)確率93.8%。對歷年來13次春茶期凍害分別進(jìn)行回代檢驗(yàn)，將日最低氣溫及凍害出現(xiàn)日與當(dāng)年1月1日間的間隔天數(shù)分別帶入式（4），總體誤差平均值5.5%，誤差較小，方程總體預(yù)測準(zhǔn)確率94.5%。檢驗(yàn)結(jié)果表明，山東省茶樹越冬期和春茶期回代檢驗(yàn)?zāi)Ｐ推骄鶞?zhǔn)確率94.15%。

3.2 實(shí)際凍害案例檢驗(yàn)

3.2.1 越冬期凍害觀測、調(diào)查檢驗(yàn)

2020年12月29日至2021年1月2日山東省出現(xiàn)寒潮天氣，山東省5個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)縣平均極端日最低氣溫－17.0 ℃，5個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)連續(xù)4～5 d日最低氣溫低于－10 ℃，茶樹受到不同程度凍害影響。2021年1月6—10日再次出現(xiàn)寒潮，青島市西海岸新區(qū)極端最低氣溫－17.3 ℃；五蓮縣1月7日極端最低氣溫達(dá)－21.3 ℃，突破歷史極值。2次越冬期凍害導(dǎo)致2021年露天春茶開采期延遲約20 d，露天春茶減產(chǎn)70%，部分地段絕產(chǎn)。

3.2.2 春茶期凍害觀測、調(diào)查檢驗(yàn)

2019年4月26—27日山東茶區(qū)發(fā)生倒春寒，剛開始采摘的露天春茶遭受霜凍危害，平原、低洼地段受凍尤其嚴(yán)重。山東省5個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)連續(xù)2 d出現(xiàn)霜凍，4月26日最低氣溫均<4 ℃，4月27日最低氣溫在0～1 ℃之間。倒春寒發(fā)生時(shí)正是露天春茶集中大量開采時(shí)期，受凍茶園減產(chǎn)50%左右。

2020年4月山東茶區(qū)先后于4月4—5日、12—13日、22—24日遭受3次春季晚霜危害，接連受凍后茶樹細(xì)胞恢復(fù)緩慢，受凍露天茶樹直到5月中旬開采，春茶平均減產(chǎn)50%，部分減產(chǎn)70%。

經(jīng)檢驗(yàn)，山東茶樹越冬期和春茶期3次實(shí)況凍害檢驗(yàn)和模型預(yù)測結(jié)果基本一致。

3.3 氣象實(shí)況代入檢驗(yàn)

對2023年1月下旬越冬期凍害導(dǎo)致的2023年春茶減產(chǎn)率進(jìn)行檢驗(yàn)。經(jīng)查詢各地氣象站實(shí)況資料，2023年1月24—29日山東省5個(gè)茶葉主產(chǎn)區(qū)縣極端最低氣溫達(dá)－18.2 ℃，≤－10 ℃最長持續(xù)天數(shù)為6 d。代入公式（3），得出的減產(chǎn)率為69.9%。實(shí)際凍害結(jié)果是全省2023年春茶因凍害減產(chǎn)50%～70%。預(yù)測結(jié)論、實(shí)況回代均與實(shí)際情況吻合，模型預(yù)測準(zhǔn)確率較高。

4 小結(jié)與討論

山東茶區(qū)屬于我國茶樹栽培的次適宜區(qū)，1966年引種以來，茶樹凍害一直是困擾山東茶葉生產(chǎn)的主要因素，茶葉常因凍害而減產(chǎn)甚至絕收。通過分析歷年數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)，山東省茶樹越冬期凍害所導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)率與茶園日最低氣溫及日最低氣溫≤－10 ℃最長持續(xù)天數(shù)關(guān)系密切，日最低氣溫越低，持續(xù)日數(shù)越長，凍害減產(chǎn)率越高。而山東省茶樹春茶期凍害所導(dǎo)致的春茶減產(chǎn)與茶園日最低氣溫及凍害發(fā)生日期關(guān)系密切，日最低氣溫越低，凍害發(fā)生日期越晚，凍害減產(chǎn)率越高。

試驗(yàn)通過回歸方程所建立的山東茶樹越冬期和春茶期凍害預(yù)測模型通過多方檢驗(yàn)，證明模型準(zhǔn)確率較高，可以根據(jù)氣象數(shù)據(jù)提前預(yù)測當(dāng)年春茶減產(chǎn)程度，為茶農(nóng)發(fā)布預(yù)警，幫助茶農(nóng)提前進(jìn)行茶園管理，挽回茶園經(jīng)濟(jì)損失。茶園凍害預(yù)警研究目前還尚有不足之處，今后將進(jìn)一步推動(dòng)建立健全茶園凍害監(jiān)測、預(yù)報(bào)、預(yù)警長效機(jī)制，提高茶農(nóng)防凍意識，指導(dǎo)茶農(nóng)科學(xué)防凍，推動(dòng)北方茶產(chǎn)業(yè)高質(zhì)量發(fā)展。

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