哀牢山西坡气候因素对咖啡种植的初步分析
王政又等
基金项目：咖啡与茶叶气象服务技术研究团队（Peqx202001）
哀牢山位于云南中部，呈南北走向，是云贵高原和横断山脉两大地貌区的分界线，亦为云南东、西部气候的天然屏障。普洱市景东县东部、镇沅县东部正好处在哀牢山西坡，这里气候温和、降水丰富，自 1998 年开始种植咖啡，是普洱市
最早进行咖啡种植试验的产区之一。经过 20 多年的发展，地处哀牢山腹地的景东坡头村咖啡种植区，虽然种植面积仅 120 hm 2 ，但所生产的咖啡味香醇正，品质优良，得到了市场和广大消费者的认可，曾被誉为“可以和蓝山咖啡相媲美”，是哀牢山西坡品质最好的咖啡产区。
气候对农作物生长发育、产量和品质具有主导性影响 。春秋时期，古人就用“橘生淮南为橘，生于淮北则为枳”来表达环境对植物的影响；现代科学也证明，气象因子决定植株生长区域，影响其发育、进化、繁衍，对农作物生长发育、产量和品质影响的比重占 60%～75% 。省内许多专家也对咖啡与气候间的联系做过研究，如莫丽珍 等提出咖啡栽培时所必需的气温、降水等气候环境，何红艳 等分析云南咖啡品质影响因素，指出品种、环境等是影响咖啡品质的主要原因；黄家雄 等研究了不同海拔对咖啡品质影响，指出咖啡因含量和海拔高度呈极显著负相
关；高敏 等分析普洱市不同气候背景条件下咖啡内成分和风味的差异，得出低海拔种植区白天气温高有利于咖啡因等的形成，高海拔种植区秋冬季活动积温少，减缓咖啡生长速度，有利于高品质的形成。为了贯彻云南省委、省政府关于咖啡产业高质量发展决议，落实云南省农业农村厅、省财政厅、省工业和信息化厅印发的《关于推动 咖 啡 精 品 率 和 精 深 加 工 率 提 升 若 干 政 策 措施》，分析景东县坡头村咖啡产区的气候条件，进一步探讨气象因子对咖啡品质和产量的影响，对引进咖啡新品种，升级改造老旧咖啡园，提升哀牢山西坡整体咖啡品质，不断提高气象“富农”服务科技支撑水平，实施乡村振兴均具有十分重要的意义。
1 材料和方法
1.1 数据来源
（1）本项目使用中国气象局下发的基础地理数据，提取并重新整理了哀牢山西坡所在的景东、镇沅等县周边边界，所属乡、村驻地，河流水系，数字高程，坡向和坡度等数据。矢量数据格式为 Shp，栅格数据格式为 ESRI GRID；地理投影
系统采用 WGS_1984_UTM_ZONE 47N，其中坡度和坡向数据的提取基于普洱市境内哀牢山西坡的DEM 数据，利用 GIS 的空间分析工具生成研究所需的坡度和坡向数据。
（2）景东、镇沅等咖啡生产数据来源于普洱市茶叶咖啡产业发展中心、普洱市咖啡气象服务中心。
（3）普洱市、楚雄州、玉溪市等气象监测数据来源于云南省气象局。
1.2 数据处理方法
由于哀牢山西坡九甲、三章田、者东等乡镇站点与咖啡种植区海拔高度差异较大，花山乡镇站、坡头咖啡站缺少长序列的气象监测数据，需要进行气象数据的插值处理。复杂地形下影响气温、降水、日照时数的因素较多，包括经度、纬
度、海拔、坡度、坡向，周边山脉走向、森林、大水体、土壤类型、大气环流、气溶胶含量等等，局地条件下，地理位置对气温、降水、日照时数等气象因子的影响明显。因此，按照世界气象组织的规定，选取了哀牢山周边的景东、镇沅、宁洱、墨江、景谷、思茅、楚雄、双柏、南华、巍山、南涧、新平等大 监 气 象 站 1991—2020 年 的 平 均 气 温 、日 照 时数、降水量、最高气温、最低气温、相对湿度等数据，利用 ArcGis 工具建立气温、降水、日照时数的空间分布模型，并用坡头咖啡站 2021—2022 年的数据对这些模型进行检验和订正。
（1）气温：按照气候分析方法 ，在一个较大区域内，平均气温的气候学方程可以看成是地理因子（纬度、经度、海拔）的函数，即 T = T （ φ ， λ ，h ）。以哀牢山周边各个气象站点资料为基础，采用多元回归方法，给定置信度为 0.95，建立哀牢山西坡平均气温空间分布模型：
T =40.702+0.052 φ -0.177 λ -0.005 h
式中： φ 为纬度， λ 为经度， h 为海拔高度。
（2）降水量：由于地势差异，降水量分布与地形关系较为密切，且并不遵从一致的经纬度和海拔变化规律。根据气象日常业务和气候分析对降水量时空分布及精度的要求，本项目对反比距离加权法进行改进，即对于任一欲插值的格点 J，
搜索与其距离最近、影响最大的 N 个（本项目取15）测站作为信息来源，以海拔、经纬度、方位因子等作为环境参数，建立海拔与降水量之间的回归方程，同时引入距离、方位权重，依托地理信息技术，实现并完成降水的空间插值处理，建立哀牢山西坡降水量的空间分布模型。
（3）日照时数：受季节、云量、海拔、坡度和坡向等地形因子以及周围地形相互遮蔽的影响，导致日照时数的时空变异显著。本项目采用半球视域算法，基于哀牢山西坡每个格点的经度、纬度、海拔、坡向、坡度等数据，依次计算出其 1—12 月的地理可照时数；再利用附近大监站日照时数，建立实际可照时数与地
理可照时数的估算方法；最终推算出各个格点的日照时数，建立哀牢山西坡日照时数的空间分布横型。
景东坡头咖啡站 2021—2022 年实际监测数据与推算值进行比较，年平均气温误
差 0.47℃、年日照时数误差为 77 h、年降水量误差为 97 mm，表明建立的气温、日照、降水模型达到气候分析的要求，具有一定的可信度。
2 结果与分析
2.1 哀牢山西坡咖啡种植区气候背景
2.1.1 温度分布
一般而言，温度随着海拔高度的升高而降低，哀牢山对温度的再分配使得山谷
炎热、山顶凉爽。花山、坡头村、三章田、者东、那洛村大部分地区的年平均气温18～20℃（图 1）、≥15℃活动积温 4 000～5 500℃·d，其 中 三 章 田 、者 东 部 分 地 区年 平 均 气 温 超 过 20℃ ，活 动 积 温 超 过5 500℃·d ，是该区域气温高、热量条件最丰富的地区；秀龙村、撇罗村、九甲、新村、帮海村、学堂村等地年平均气温为 16～18℃，≥15℃活动积温为 2 500～4 000℃·d，是该区域气温凉爽、热量条件一般的地区；千家寨、金山垭口等地区的年平均低于 13℃、≥15℃活动积温低于 1 300℃·d，是该区域气温低、热量条件欠佳的地区。
2.1.2 降 水 量
哀牢山西坡年降水量的空间分布显示（图 2），镇沅段年降水量比景东段多。秀
龙村、撇罗村、花山、坡头村、三章田、者东、那洛村等大部分地区年降水在 1 200～1 500 mm，其中花山、坡头、三章田、那洛村的局部地区年降水量小于 1 200 mm，为本地区年降水量相对较少的地区；九甲、新 村 、帮 海 村 、学 堂 村 、和 平 等 地 年 降 水 量 为1 500～1 800 mm ，局部地区超过 2 000 mm；千家寨、金山垭口等地区的年降水量在 1 800～22 00mm，局部地区超过 2 500 mm，是本地区年降水量最丰富的区域。
2.1.3 光照分布
受地形的影响，哀牢山西坡年日照时数空间分布不均匀（图 3），秀龙村、撇罗村、九甲、新村、帮海村、学堂村、花山、坡头村、三章田、者东、那洛村等大部分地区为 1 300～1 800 h，局部地区不足 1 000 h，为该地区日照时数最少的区域；千 家寨 、金 山 垭 口 等 地 区 的 年 日 照 时 数 在 1 800～2 200 h，局部地区超过 2 200 h，是本地区日照时数最为丰富的地区。
2.2 哀牢山西坡咖啡种植区气候利弊分析
哀牢山西坡咖啡种植区主要分布在景东县花山镇和镇沅九甲、者东、和平等乡镇的中低海拔地区，以花山镇坡头村的咖啡种植面积最大、品质最优。
2.2.1 温度和水分条件总体适宜咖啡生长
相关研究表明，咖啡在年降水量 1 000 mm 以上、年平均气温 18～21℃ ，植株生长键壮，咖啡果酸味适中，香味浓郁且醇和；在年平均气温≤16℃生长将受到抑制，咖啡豆味道变酸；而年平均气温≥25℃，咖啡生长期内气温持续高温，咖啡味道变苦，品质明显下降 。哀牢山西坡咖啡种植区年降水量在 1 000～1 300 mm、年平均气温18～19℃、活动积温为 4 800～5 300℃·d，水分和热量条件满足咖啡生长，非常适宜咖啡种植。
2.2.2 冬季低温霜冻的风险较低
哀牢山西坡种植区由于山体高大，重重高山阻挡了冷空气的入侵，中等及以下弱冷空气被山体所阻，而较强冷空气翻过山体后程度减弱，受寒潮入侵次数较少，其气温较同纬度、同海拔的东部地区高，大多数年份冬季温暖，最冷时段的平均气温在 11℃以上。以坡头咖啡站（海拔 1 150 m）和周边的花山乡镇站（海拔 1 227 m）为例，两个站点 2021—2022 年的监测表明，虽然坡头咖啡站与花山站海拔高度相差仅为 77 m，但气温的月际变化趋势相似，近呈单峰型（图 4），冬春两季坡头站平均气温略高于花山站，其中 2—4 月坡头站的气温比花山站高 0.4～2.0℃，而夏秋两季则反之，6—9 月坡头站比花山站的气温略偏低 0.3～1.1℃，坡头咖啡站的极端最低气温为 3.8℃，比花山站略偏高。
近 10 年来，普洱咖啡种植区于 2016年、2019 年出现 2 次极端冷气候事件，这
个时期坡头咖啡站无监测数据，选取既有咖啡种植，又有海拔高度相近的花山
站与普义站进行对比。2016 年 1 月中旬花山站（海拔 1 227 m）的极端最低气温为 1.4℃，连续 3 d 最低气温低于 4℃，平均气温低于 5℃的有 1 d，洼地有轻霜冻；而普义站（海拔 1 206 m）极端最低气温 0.9℃，连续 3 d 最低气温低于 4℃、平均气温低于 5℃的有 2 d，洼地和阴坡有霜或霜冻。2019 年 12 月上旬又有较强冷空气侵入普洱市，花山站极端最低气温 1.8℃，最低气温低于 4℃的有 7 d，没有咖啡受灾；而普义站极端最低气温 0.5℃，最低气温低于 4℃的有 8 d，有 20%左右的果实受冻变黑。在两次冷气候事件中，花山站极端最低气温略高
于普义站，实地调查也发现坡头种植区咖啡受灾程度明显比普义种植区轻，因此，坡头冬季气温略高于花山站和普义站。
花山、坡头站和普义站海拔高度相近，但纬度较高，一般情况下纬度高的地方气温更低，但由于花山、坡头站附近山体更加高大，咖啡种植地坡度更大，冷空气不易长时间停留，加之周边森林对气温的调节作用，最低气温比纬度较低的普义站高，常年出现低温霜冻灾害的风险较低，有利于咖啡树的安全越冬，适宜咖啡种植。
2.2.3 夏季降雨充沛，有利于坐果和果实膨大
哀牢山西坡种植区有明显的雨季和干季之分，降水月际变化趋势相似，主要集中在 7 月、8月。以坡头咖啡站和花山站 2021—2022 年为例（图 5）：坡头、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；期间坡头站降大暴雨 1 d、暴雨日 3 d、大雨日 7 d，极端日最大降雨量为 104.5 mm；花山站降暴雨 4 d、大雨 10 d，极端最大降雨量为 83.9 mm，可见花山、坡头夏季降水丰盈，并且降雨以小到中雨量级为主，平均日降水量 5～20 mm，降水的有效性高，可以满足咖啡坐果和果实膨大所需。
2.2.4 秋冬雾露天气多，为咖啡生长提供充足水分
进入秋季，哀牢山西坡种植区自然降雨明显减少，如坡头、花山站 10—11 月每月降雨量小于150 mm，平均日降雨量为 0.1～8.0 mm，但坡头种植区地处哀牢山腹地，周边均为森林，加之雨季刚刚结束，树木和土壤含水量大，蒸腾作用导致坡头及其周边地区空气中水汽充沛，夜间和凌晨随着温度降低，相对湿度高达 93%以上，几乎每天均凝结有露和浓雾，直至上午 11 时左右才雾散云开。露和雾一方面为果实成熟提供了充足的水分条件，另一方面也抑制了温度的升高，阻断病菌的生长蔓延，延缓咖啡果实成熟时间，有利于营养物质的形成和积累，提高咖啡品质。
2.2.5 夏秋冬季太阳直射时间短，适宜咖啡生长
咖啡和所有植物一样，依赖于太阳光进行光合作用来维持一切生命活动和物质的积累，但咖啡原为热带雨林的下层作物，喜散射光，为短日照植物，每天有 3～4 h 的光照就可对咖啡生长和结实有良好的促进作用。
哀牢山西坡种植区日照时数不仅空间分布不均匀，而且时间分布也不均匀。6—10 月受降水天气影响，平均每天的日照时间仅为 4～5 h，其中 7 月下旬至 8 月中旬平均每天的日照时数仅为2～3 h，是一年之中日照时间最少的时期，这一
时期正好为咖啡坐果和果实膨大期，大部分时段自然光照时间较适宜咖啡生长；11 月至次年 2 月为种植区干季，但雨季才刚结束，土壤和森林含水量高，蒸腾作用明显，每天晚上均有雾生成，平均每天的日照时间在 5～7 h，小雾滴和小水滴还改变了光的折射和散射，增加了小区域中漫射光，有利于鲜果中糖分和蛋白质等干物质的积累，适宜咖啡风味和产量形成。
2.2.6 春季咖啡干旱风险较高
哀牢山西坡地区种植区 2—4 月降水稀少，土壤含水量减少，加上春季气温回升快，雾日减少，平均每天的日照时间超过 8 h，是全年日照时间最长的时期。这一阶段咖啡正处于采摘末期和新一轮抽捎、开花、坐果期，光照时间偏多，超过
咖啡植株生长所需，不利于咖啡树生长 ；同时光照时间长会增加植株和土壤的蒸腾作用，加剧干旱发生，造成植株长势弱，易发生天牛等虫害。
2.2.7 夏季咖啡叶锈病发生风险较高
哀牢山西坡地区种植区夏季降雨集中，如坡头站、花山站 7—8 月平均每月有 20 d 以上降雨，平均相对湿度在 85%～90%，局部地区部分时段湿度可高达 90%以上，雨停云开，气温迅速升高，白天平均最高气温在 27～33℃，高温高湿的气象
条件为叶锈病的发生蔓延提供了条件 ，此时发生叶锈病的风险较高，应注意防范。
2.2.8 冬季咖啡多次发酵的风险较高
冬季，哀牢山西坡地区种植区早晚空气湿度大，如坡头站监测表明，12 月至次年 1 月夜间的相对湿度在 70%～80%，有露和雾形成，使得露天晒场上咖啡生豆被露水浸湿，延长咖啡晾晒时间，造成场地和劳动力的浪费，更严重的是增加了生豆的含水量，导致生豆在一定的温度条件下多次发酵，甚至霉变，降低了咖啡品质。
3 结论及建议
哀牢山西坡咖啡种植区周边无大型工矿企业，周边森林覆盖率在 80%以上，多为全年常绿，植被覆盖度大于 70%，负氧离子浓度超过 1 200个/cm 3 。空气优良率达到 95%以上，至今没有观测到沙尘与重度以上霾，没有出现 pH 值小于 5 的酸雨，按照《气候资源评价 气候生态环境》中大气环境指标，哀牢山西坡种植区大气环境为“优”，适宜咖啡种植。为了合理利用哀牢山西坡山地气候资源，特提出建议如下：
（1）避开凹地或阴坡地，选择抗寒品种。虽然哀牢山西坡咖啡种植区出现低温霜冻风险较低，但在种植咖啡时仍需避开凹地或阴坡地，不要随意扩大咖啡种植的海拔上限，宜选择抗寒性较高品种。
（2）春季干旱风险较高，注意防范虫害。哀牢山西坡咖啡种植区春季光照时间长，气温回升迅速，植株和土壤失墒较快，应注意防范灭字虎天牛、蚧壳虫等虫害。可在种植区域内适当栽种高大的荫蔽树，如香樟树、水冬瓜、合欢树等。
（3）夏季中低海拔种植区高温高湿，注意防范病害。哀牢山西坡咖啡种植区夏季空气湿度大、中低海拔种植区白天气温较高，应注意防范叶锈病等病害的发生，可选择萨其姆等品种，在抗锈的同时提高咖啡风味。
（4）冬季晾晒季应注意防潮。哀牢山西坡咖啡种植区 12 月至次年 1 月，早晚空气湿度大，易造成咖啡回潮发酵，露天晒场晚上应遮挡防潮，尽可能搭建晒棚和晒架。