哀牢山西坡氣候因素對咖啡種植的初步分析

王政又等

基金項目：咖啡與茶葉氣象服務技術研究團隊（Peqx202001）

哀牢山位于云南中部，呈南北走向，是云貴高原和橫斷山脈兩大地貌區的分界線，亦為云南東、西部氣候的天然屏障。普洱市景東縣東部、鎮沅縣東部正好處在哀牢山西坡，這里氣候溫和、降水豐富，自 1998 年開始種植咖啡，是普洱市
最早進行咖啡種植試驗的產區之一。經過 20 多年的發展，地處哀牢山腹地的景東坡頭村咖啡種植區，雖然種植面積僅 120 hm 2 ，但所生產的咖啡味香醇正，品質優良，得到了市場和廣大消費者的認可，曾被譽為“可以和藍山咖啡相媲美”，是哀牢山西坡品質最好的咖啡產區。
氣候對農作物生長發育、產量和品質具有主導性影響 。春秋時期，古人就用“橘生淮南為橘，生于淮北則為枳”來表達環境對植物的影響；現代科學也證明，氣象因子決定植株生長區域，影響其發育、進化、繁衍，對農作物生長發育、產量和品質影響的比重占 60%～75% 。省內許多專家也對咖啡與氣候間的聯系做過研究，如莫麗珍 等提出咖啡栽培時所必需的氣溫、降水等氣候環境，何紅艷 等分析云南咖啡品質影響因素，指出品種、環境等是影響咖啡品質的主要原因；黃家雄 等研究了不同海拔對咖啡品質影響，指出咖啡因含量和海拔高度呈極顯著負相
關；高敏 等分析普洱市不同氣候背景條件下咖啡內成分和風味的差異，得出低海拔種植區白天氣溫高有利于咖啡因等的形成，高海拔種植區秋冬季活動積溫少，減緩咖啡生長速度，有利于高品質的形成。為了貫徹云南省委、省政府關于咖啡產業高質量發展決議，落實云南省農業農村廳、省財政廳、省工業和信息化廳印發的《關于推動 咖 啡 精 品 率 和 精 深 加 工 率 提 升 若 干 政 策 措施》，分析景東縣坡頭村咖啡產區的氣候條件，進一步探討氣象因子對咖啡品質和產量的影響，對引進咖啡新品種，升級改造老舊咖啡園，提升哀牢山西坡整體咖啡品質，不斷提高氣象“富農”服務科技支撐水平，實施鄉村振興均具有十分重要的意義。
1 材料和方法
1.1 數據來源
（1）本項目使用中國氣象局下發的基礎地理數據，提取并重新整理了哀牢山西坡所在的景東、鎮沅等縣周邊邊界，所屬鄉、村駐地，河流水系，數字高程，坡向和坡度等數據。矢量數據格式為 Shp，柵格數據格式為 ESRI GRID；地理投影
系統采用 WGS_1984_UTM_ZONE 47N，其中坡度和坡向數據的提取基于普洱市境內哀牢山西坡的DEM 數據，利用 GIS 的空間分析工具生成研究所需的坡度和坡向數據。
（2）景東、鎮沅等咖啡生產數據來源于普洱市茶葉咖啡產業發展中心、普洱市咖啡氣象服務中心。
（3）普洱市、楚雄州、玉溪市等氣象監測數據來源于云南省氣象局。
1.2 數據處理方法
由于哀牢山西坡九甲、三章田、者東等鄉鎮站點與咖啡種植區海拔高度差異較大，花山鄉鎮站、坡頭咖啡站缺少長序列的氣象監測數據，需要進行氣象數據的插值處理。復雜地形下影響氣溫、降水、日照時數的因素較多，包括經度、緯
度、海拔、坡度、坡向，周邊山脈走向、森林、大水體、土壤類型、大氣環流、氣溶膠含量等等，局地條件下，地理位置對氣溫、降水、日照時數等氣象因子的影響明顯。因此，按照世界氣象組織的規定，選取了哀牢山周邊的景東、鎮沅、寧洱、墨江、景谷、思茅、楚雄、雙柏、南華、巍山、南澗、新平等大 監 氣 象 站 1991—2020 年 的 平 均 氣 溫 、日 照 時數、降水量、最高氣溫、最低氣溫、相對濕度等數據，利用 ArcGis 工具建立氣溫、降水、日照時數的空間分布模型，并用坡頭咖啡站 2021—2022 年的數據對這些模型進行檢驗和訂正。
（1）氣溫：按照氣候分析方法 ，在一個較大區域內，平均氣溫的氣候學方程可以看成是地理因子（緯度、經度、海拔）的函數，即 T = T （ φ ， λ ，h ）。以哀牢山周邊各個氣象站點資料為基礎，采用多元回歸方法，給定置信度為 0.95，建立哀牢山西坡平均氣溫空間分布模型：
T =40.702+0.052 φ -0.177 λ -0.005 h
式中： φ 為緯度， λ 為經度， h 為海拔高度。
（2）降水量：由于地勢差異，降水量分布與地形關系較為密切，且并不遵從一致的經緯度和海拔變化規律。根據氣象日常業務和氣候分析對降水量時空分布及精度的要求，本項目對反比距離加權法進行改進，即對于任一欲插值的格點 J，
搜索與其距離最近、影響最大的 N 個（本項目取15）測站作為信息來源，以海拔、經緯度、方位因子等作為環境參數，建立海拔與降水量之間的回歸方程，同時引入距離、方位權重，依托地理信息技術，實現并完成降水的空間插值處理，建立哀牢山西坡降水量的空間分布模型。
（3）日照時數：受季節、云量、海拔、坡度和坡向等地形因子以及周圍地形相互遮蔽的影響，導致日照時數的時空變異顯著。本項目采用半球視域算法，基于哀牢山西坡每個格點的經度、緯度、海拔、坡向、坡度等數據，依次計算出其 1—12 月的地理可照時數；再利用附近大監站日照時數，建立實際可照時數與地
理可照時數的估算方法；最終推算出各個格點的日照時數，建立哀牢山西坡日照時數的空間分布橫型。
景東坡頭咖啡站 2021—2022 年實際監測數據與推算值進行比較，年平均氣溫誤
差 0.47℃、年日照時數誤差為 77 h、年降水量誤差為 97 mm，表明建立的氣溫、日照、降水模型達到氣候分析的要求，具有一定的可信度。
2 結果與分析
2.1 哀牢山西坡咖啡種植區氣候背景
2.1.1 溫度分布
一般而言，溫度隨著海拔高度的升高而降低，哀牢山對溫度的再分配使得山谷
炎熱、山頂涼爽。花山、坡頭村、三章田、者東、那洛村大部分地區的年平均氣溫18～20℃（圖 1）、≥15℃活動積溫 4 000～5 500℃·d，其 中 三 章 田 、者 東 部 分 地 區年 平 均 氣 溫 超 過 20℃ ，活 動 積 溫 超 過5 500℃·d ，是該區域氣溫高、熱量條件最豐富的地區；秀龍村、撇羅村、九甲、新村、幫海村、學堂村等地年平均氣溫為 16～18℃，≥15℃活動積溫為 2 500～4 000℃·d，是該區域氣溫涼爽、熱量條件一般的地區；千家寨、金山埡口等地區的年平均低于 13℃、≥15℃活動積溫低于 1 300℃·d，是該區域氣溫低、熱量條件欠佳的地區。

圖 1 哀牢山西坡年平均氣溫分布圖（局部）

2.1.2 降 水 量
哀牢山西坡年降水量的空間分布顯示（圖 2），鎮沅段年降水量比景東段多。秀
龍村、撇羅村、花山、坡頭村、三章田、者東、那洛村等大部分地區年降水在 1 200～1 500 mm，其中花山、坡頭、三章田、那洛村的局部地區年降水量小于 1 200 mm，為本地區年降水量相對較少的地區；九甲、新 村 、幫 海 村 、學 堂 村 、和 平 等 地 年 降 水 量 為1 500～1 800 mm ，局部地區超過 2 000 mm；千家寨、金山埡口等地區的年降水量在 1 800～22 00mm，局部地區超過 2 500 mm，是本地區年降水量最豐富的區域。

圖 2 哀牢山西坡年降水量分布圖（局部）

2.1.3 光照分布
受地形的影響，哀牢山西坡年日照時數空間分布不均勻（圖 3），秀龍村、撇羅村、九甲、新村、幫海村、學堂村、花山、坡頭村、三章田、者東、那洛村等大部分地區為 1 300～1 800 h，局部地區不足 1 000 h，為該地區日照時數最少的區域；千 家寨 、金 山 埡 口 等 地 區 的 年 日 照 時 數 在 1 800～2 200 h，局部地區超過 2 200 h，是本地區日照時數最為豐富的地區。

圖 3 哀牢山西坡年日照時數空間分布圖（局部）

2.2 哀牢山西坡咖啡種植區氣候利弊分析
哀牢山西坡咖啡種植區主要分布在景東縣花山鎮和鎮沅九甲、者東、和平等鄉鎮的中低海拔地區，以花山鎮坡頭村的咖啡種植面積最大、品質最優。
2.2.1 溫度和水分條件總體適宜咖啡生長
相關研究表明，咖啡在年降水量 1 000 mm 以上、年平均氣溫 18～21℃ ，植株生長鍵壯，咖啡果酸味適中，香味濃郁且醇和；在年平均氣溫≤16℃生長將受到抑制，咖啡豆味道變酸；而年平均氣溫≥25℃，咖啡生長期內氣溫持續高溫，咖啡味道變苦，品質明顯下降 。哀牢山西坡咖啡種植區年降水量在 1 000～1 300 mm、年平均氣溫18～19℃、活動積溫為 4 800～5 300℃·d，水分和熱量條件滿足咖啡生長，非常適宜咖啡種植。
2.2.2 冬季低溫霜凍的風險較低
哀牢山西坡種植區由于山體高大，重重高山阻擋了冷空氣的入侵，中等及以下弱冷空氣被山體所阻，而較強冷空氣翻過山體后程度減弱，受寒潮入侵次數較少，其氣溫較同緯度、同海拔的東部地區高，大多數年份冬季溫暖，最冷時段的平均氣溫在 11℃以上。以坡頭咖啡站（海拔 1 150 m）和周邊的花山鄉鎮站（海拔 1 227 m）為例，兩個站點 2021—2022 年的監測表明，雖然坡頭咖啡站與花山站海拔高度相差僅為 77 m，但氣溫的月際變化趨勢相似，近呈單峰型（圖 4），冬春兩季坡頭站平均氣溫略高于花山站，其中 2—4 月坡頭站的氣溫比花山站高 0.4～2.0℃，而夏秋兩季則反之，6—9 月坡頭站比花山站的氣溫略偏低 0.3～1.1℃，坡頭咖啡站的極端最低氣溫為 3.8℃，比花山站略偏高。

圖 4 2021—2022 年花山、坡頭站平均氣溫的月際變化

近 10 年來，普洱咖啡種植區于 2016年、2019 年出現 2 次極端冷氣候事件，這
個時期坡頭咖啡站無監測數據，選取既有咖啡種植，又有海拔高度相近的花山
站與普義站進行對比。2016 年 1 月中旬花山站（海拔 1 227 m）的極端最低氣溫為 1.4℃，連續 3 d 最低氣溫低于 4℃，平均氣溫低于 5℃的有 1 d，洼地有輕霜凍；而普義站（海拔 1 206 m）極端最低氣溫 0.9℃，連續 3 d 最低氣溫低于 4℃、平均氣溫低于 5℃的有 2 d，洼地和陰坡有霜或霜凍。2019 年 12 月上旬又有較強冷空氣侵入普洱市，花山站極端最低氣溫 1.8℃，最低氣溫低于 4℃的有 7 d，沒有咖啡受災；而普義站極端最低氣溫 0.5℃，最低氣溫低于 4℃的有 8 d，有 20%左右的果實受凍變黑。在兩次冷氣候事件中，花山站極端最低氣溫略高
于普義站，實地調查也發現坡頭種植區咖啡受災程度明顯比普義種植區輕，因此，坡頭冬季氣溫略高于花山站和普義站。
花山、坡頭站和普義站海拔高度相近，但緯度較高，一般情況下緯度高的地方氣溫更低，但由于花山、坡頭站附近山體更加高大，咖啡種植地坡度更大，冷空氣不易長時間停留，加之周邊森林對氣溫的調節作用，最低氣溫比緯度較低的普義站高，常年出現低溫霜凍災害的風險較低，有利于咖啡樹的安全越冬，適宜咖啡種植。
2.2.3 夏季降雨充沛，有利于坐果和果實膨大
哀牢山西坡種植區有明顯的雨季和干季之分，降水月際變化趨勢相似，主要集中在 7 月、8月。以坡頭咖啡站和花山站 2021—2022 年為例（圖 5）：坡頭、花山站 6—8 月每月降雨量在 150mm 以上，其中 7—8 月降雨量 200～260 mm；期間坡頭站降大暴雨 1 d、暴雨日 3 d、大雨日 7 d，極端日最大降雨量為 104.5 mm；花山站降暴雨 4 d、大雨 10 d，極端最大降雨量為 83.9 mm，可見花山、坡頭夏季降水豐盈，并且降雨以小到中雨量級為主，平均日降水量 5～20 mm，降水的有效性高，可以滿足咖啡坐果和果實膨大所需。

圖 5 花山、坡頭站降水量的月際變化

2.2.4 秋冬霧露天氣多，為咖啡生長提供充足水分
進入秋季，哀牢山西坡種植區自然降雨明顯減少，如坡頭、花山站 10—11 月每月降雨量小于150 mm，平均日降雨量為 0.1～8.0 mm，但坡頭種植區地處哀牢山腹地，周邊均為森林，加之雨季剛剛結束，樹木和土壤含水量大，蒸騰作用導致坡頭及其周邊地區空氣中水汽充沛，夜間和凌晨隨著溫度降低，相對濕度高達 93%以上，幾乎每天均凝結有露和濃霧，直至上午 11 時左右才霧散云開。露和霧一方面為果實成熟提供了充足的水分條件，另一方面也抑制了溫度的升高，阻斷病菌的生長蔓延，延緩咖啡果實成熟時間，有利于營養物質的形成和積累，提高咖啡品質。

2.2.5 夏秋冬季太陽直射時間短，適宜咖啡生長
咖啡和所有植物一樣，依賴于太陽光進行光合作用來維持一切生命活動和物質的積累，但咖啡原為熱帶雨林的下層作物，喜散射光，為短日照植物，每天有 3～4 h 的光照就可對咖啡生長和結實有良好的促進作用。
哀牢山西坡種植區日照時數不僅空間分布不均勻，而且時間分布也不均勻。6—10 月受降水天氣影響，平均每天的日照時間僅為 4～5 h，其中 7 月下旬至 8 月中旬平均每天的日照時數僅為2～3 h，是一年之中日照時間最少的時期，這一
時期正好為咖啡坐果和果實膨大期，大部分時段自然光照時間較適宜咖啡生長；11 月至次年 2 月為種植區干季，但雨季才剛結束，土壤和森林含水量高，蒸騰作用明顯，每天晚上均有霧生成，平均每天的日照時間在 5～7 h，小霧滴和小水滴還改變了光的折射和散射，增加了小區域中漫射光，有利于鮮果中糖分和蛋白質等干物質的積累，適宜咖啡風味和產量形成。
2.2.6 春季咖啡干旱風險較高
哀牢山西坡地區種植區 2—4 月降水稀少，土壤含水量減少，加上春季氣溫回升快，霧日減少，平均每天的日照時間超過 8 h，是全年日照時間最長的時期。這一階段咖啡正處于采摘末期和新一輪抽捎、開花、坐果期，光照時間偏多，超過
咖啡植株生長所需，不利于咖啡樹生長 ；同時光照時間長會增加植株和土壤的蒸騰作用，加劇干旱發生，造成植株長勢弱，易發生天牛等蟲害。
2.2.7 夏季咖啡葉銹病發生風險較高
哀牢山西坡地區種植區夏季降雨集中，如坡頭站、花山站 7—8 月平均每月有 20 d 以上降雨，平均相對濕度在 85%～90%，局部地區部分時段濕度可高達 90%以上，雨停云開，氣溫迅速升高，白天平均最高氣溫在 27～33℃，高溫高濕的氣象
條件為葉銹病的發生蔓延提供了條件 ，此時發生葉銹病的風險較高，應注意防范。
2.2.8 冬季咖啡多次發酵的風險較高
冬季，哀牢山西坡地區種植區早晚空氣濕度大，如坡頭站監測表明，12 月至次年 1 月夜間的相對濕度在 70%～80%，有露和霧形成，使得露天曬場上咖啡生豆被露水浸濕，延長咖啡晾曬時間，造成場地和勞動力的浪費，更嚴重的是增加了生豆的含水量，導致生豆在一定的溫度條件下多次發酵，甚至霉變，降低了咖啡品質。
3 結論及建議
哀牢山西坡咖啡種植區周邊無大型工礦企業，周邊森林覆蓋率在 80%以上，多為全年常綠，植被覆蓋度大于 70%，負氧離子濃度超過 1 200個/cm 3 。空氣優良率達到 95%以上，至今沒有觀測到沙塵與重度以上霾，沒有出現 pH 值小于 5 的酸雨，按照《氣候資源評價 氣候生態環境》中大氣環境指標，哀牢山西坡種植區大氣環境為“優”，適宜咖啡種植。為了合理利用哀牢山西坡山地氣候資源，特提出建議如下：
（1）避開凹地或陰坡地，選擇抗寒品種。雖然哀牢山西坡咖啡種植區出現低溫霜凍風險較低，但在種植咖啡時仍需避開凹地或陰坡地，不要隨意擴大咖啡種植的海拔上限，宜選擇抗寒性較高品種。
（2）春季干旱風險較高，注意防范蟲害。哀牢山西坡咖啡種植區春季光照時間長，氣溫回升迅速，植株和土壤失墑較快，應注意防范滅字虎天牛、蚧殼蟲等蟲害。可在種植區域內適當栽種高大的蔭蔽樹，如香樟樹、水冬瓜、合歡樹等。
（3）夏季中低海拔種植區高溫高濕，注意防范病害。哀牢山西坡咖啡種植區夏季空氣濕度大、中低海拔種植區白天氣溫較高，應注意防范葉銹病等病害的發生，可選擇薩其姆等品種，在抗銹的同時提高咖啡風味。
（4）冬季晾曬季應注意防潮。哀牢山西坡咖啡種植區 12 月至次年 1 月，早晚空氣濕度大，易造成咖啡回潮發酵，露天曬場晚上應遮擋防潮，盡可能搭建曬棚和曬架。