關鍵氣候因子與油茶油酸含量的相關性

蔣元華，廖玉芳，彭嘉棟，黃 超

(1.湖南省氣候中心，湖南 長沙 410008；2.湖南省氣象科學研究所，湖南 長沙 410008)

油茶是我國特有的油料作物，也是世界四大木本食用油料樹種之一，油茶籽加工制成的茶油是一種優質食用油，富含以油酸和亞油酸為主的不飽和脂肪酸，其中油酸含量達80%左右，營養豐富，熱穩定性好，烹調不易氧化，有益于人體健康[1]，素有“東方橄欖油”美譽[2]。油茶廣泛分布于我國亞熱帶丘陵山區，主產于湖南、江西、廣西、福建、浙江和廣東等省(區)。目前，我國油茶面積約367萬hm2，油茶籽年產量180萬t左右，年產茶油約45萬t。其中，湖南油茶種植面積、茶油產量和產值均居全國首位[3]。蔣元華等[4-12]報道，氣候條件通過對油茶關鍵物候期產生影響從而影響油茶果的產量及含油率。但有關氣候條件對油茶油酸影響方面的研究相對較少，國內除李大明等[13]對廣西、廣東和湖南等14個不同產地的普通油茶籽油品質與外界生態因子進行了相關性研究，揭示了不飽和脂肪酸含量與緯度呈明顯的正相關。張乃燕等[14]利用廣西多地油茶種仁數據分析主要地理及氣候因子對油茶脂肪酸影響發現，年均溫度升高會導致油酸含量的下降，年均降雨量的增加有利于油酸含量的積累，而低溫或降雨量的增加則會導致亞油酸含量的降低。為進一步完善關鍵氣候因子對油茶油酸含量及品質的相關性，以湖南省多地油茶油酸為材料，研究溫度、降水、日照、冰凍和降雪等多種氣候因子對油酸的影響，以期為油茶生產應用提供科學依據。

1 資料與方法

1.1 數據來源

1.1.1 氣候因子 湖南省97個地面氣象觀測站逐年觀測數據，包括氣溫、降水、光照、濕度和地溫等氣象要素，以及天氣現象等42種氣候因子(表1)，來源于國家氣象科學數據共享服務平臺。

表1 氣候因子名稱及代碼

1.1.2 油茶油酸樣本數據 油茶油酸樣本數據共計36個，湖南省林業科學院提供。將油茶油酸形成階段劃分為果實第一次膨大期、果實膨大高峰期、油脂轉化/積累高峰期、果實成熟期、采后處理期和全年，及其各階段的關鍵時期，共10個時間段(表2)。根據42類氣候因子與油茶油酸形成期有關的10個時間段，共組合成420項氣候因子指標，例如TMAxim_2表示時間段編碼為2的物候期的極端最高氣溫，即果實第一次膨大期關鍵期的極端最高氣溫(下同)。

表2 油茶各物候期時間段

1.2 研究方法

1.2.1 相關分析 相關分析是研究各要素之間是否存在某種依存關系，并對具體有依存關系的現象探討其相關方向以及相關程度，是研究隨機變量之間的相關關系的一種統計方法。根據420項氣候因子指標，分別計算其與油酸的相關系數。

1.2.2 油茶油酸與氣候因子關系模型的構建 以油茶油酸為因變量，以氣候因子為自變量，采用逐步回歸方法建立最優回歸方程對因變量進行模擬和預報，可以使回歸方程中包含所有對因變量影響顯著的自變量，而剔除其對因變量影響不顯著的自變量，從而達到從眾多氣候因子中篩選出對油茶油酸影響最為顯著的氣候因子，研究基于420項氣候因子數據，利用逐步回歸分別構建不同階段油茶油酸與氣候因子的關系模型。

2 結果與分析

2.1 油酸與氣候因子的相關性

從表3可知，在不同階段與油酸的相關系數通過0.05置信度檢驗的氣候因子及相關系數中，果實第一次膨大期的氣候因子為TMAxim_2、suaccu_2、rhmean_2和sncont_2，相關系數分別為0.489、0.355、-0.329和-0.327；果實膨大高峰期有8個氣候因子，相關系數為-0.346～0.356；油脂轉化及積累高峰期的氣候因子為TMInim_5和TMInim_6，相關系數分別為-0.367和-0.367；果實成熟期和采后處理期各有4個氣候因子，全年有2個氣候因子。

從圖1看出，油茶品質形成期各階段與油酸相關性最高的6個氣候因子中，正相關因子分別為果實第一次膨大期的極端最高氣溫、采后處理期的大雨以上降水日數、果實膨大高峰期的極端最高氣溫和全年的日最高氣溫≥39℃日數，相關系數分別為0.489、0.429、0.400和0.346；負相關因子分別為油脂轉化/積累高峰期的極端最低氣溫和果實成熟期的大雨以上降水日數，相關系數分別為-0.367和-0.399。從圖2可知，油茶各階段與油酸相關系數通過0.05置信度檢驗的氣候因子占該階段總指標數比例，以果實膨大高峰期和采后處理期占比最高，均為9.5%。其中，果實膨大高峰期的溫度類因子占62.5%，水分類因子占12.5%；采后處理期的溫度類因子占25%，水分類因子占50%。其次為果實第一次膨大期、果實成熟期和全年，均占4.8%。其中，果實第一次膨大期的溫度類因子占25%，水分類因子占25%；果實成熟期的溫度類因子占50%，水分類因子占25%；全年入選的氣候因子均為氣溫類因子。油脂轉化/積累高峰期的占比最小，為2.4%，入選的氣候因子均為溫度類因子。

表3 與油酸的相關系數通過0.05置信度檢驗的氣候因子

注：**和*分別表示無指標和數據，下同。

Note: ** and * represent no indicators and data respectively. The same below.

圖1 油茶品質形成期各階段與油酸相關性最高的氣候因子

Fig.1 Highest correlation for climatic factors between the phenological period and the oleic acid ofC.oleifera

圖2 油茶各階段與油酸相關系數通過0.05置信度檢驗的氣候因子占比

Fig.2 Percentage of climatic factors with correlation coefficient by 0.05 confidence test between the phenological period and the oleic acid ofC.oleifera

從表4可知，在各物候期與油酸相關系數通過0.05置信度檢驗排位前5的氣候因子中，溫度類因子占55%，水分類因子占20%。果實膨大高峰期的相關系數排前5位的氣候因子分別為極端最高氣溫、氣溫日較差、日平均氣溫≥20℃的積溫、日最高氣溫≥35℃的天數和有日照天數。其中，氣溫類因子占80%，無水分類因子入選。果實第一次膨大期的相關系數排前4位的氣候因子分別為極端最高氣溫、日照時數、平均相對濕度和最長連續無日照天數。其中，氣溫類因子占25%，水分類因子占25%。采后處理期的相關系數排前3位的氣候因子分別為大雨以上降水日數、極端最低氣溫和降水量。其中，水分類因子占67%，溫度類因子占33%。果實成熟期的相關系數排前4位的氣候因子分別為大雨以上降水日數、氣溫日較差、日照時數和極端最低氣溫。其中，氣溫類因子占20%，水分類因子占80%。全年的相關系數排前2位的氣候因子分別為日最高氣溫≥39℃的天數和極端最低氣溫，均為氣溫類因子。油脂轉化/積累高峰期入選的氣候因子為極端最低氣溫。

表4 各物候期與油酸相關系數通過0.05置信度檢驗排位前5的氣候因子

2.2 油茶油酸與氣候因子的關系模型

從表5可知，基于420項氣候因子構建的油茶油酸模型的平均絕對誤差最小，模型入選因子分別為果實第一次膨大期的極端最高氣溫和中雨以上降水日數，果實成熟期的平均最小相對濕度，全年的平均地表溫度。其中溫度類因子占50%，水分類因子占50%。油茶品質形成各階段中，基于果實第一次膨大期和全年氣候因子構建的含油率模型平均絕對誤差最小，分別為2.457和2.55。果實第一次膨大期入選模型的氣候因子分別為極端最高氣溫、中雨以上降水日數和日平均氣溫≥10℃的積溫，其中，溫度類因子占67%，水分類因子占33%。全年入選模型的氣候因子分別為日最高氣溫≥39℃的天數、日最低氣溫≤-4℃的日數、中雨以上降水日數和最長連續無雨日數，其中，溫度類因子占50%，水分類因子占50%。基于采后處理期、果實膨大高峰期和油脂轉化/積累高峰期氣候因子構建的含油率模型精度較好，平均絕對誤差分別為2.691、2.824和2.881。采后處理期入選模型的因子分別為日最低氣溫≤-4℃的日數、日照時數和平均氣溫日較差。其中，溫度類因子占67%，無水分類因子入選。果實膨大高峰期入選模型的因子分別為極端最高氣溫、最長連續無雨日數和最長連續降水日數。其中，溫度類因子占33%，水分類因子占67%。油脂轉化/積累高峰期入選模型的因子分別為極端最高氣溫、中雨以上降水日數和最長連續日照天數，其中，溫度類因子占33%，水分類因子占33%。基于果實成熟期的氣候因子構建的含油率模型精度最小，平均絕對誤差為5.694，入選因子為大雨以上降水日數，全為水分類因子。

從圖3看出，以420項氣候因子為變量構建的油茶油酸模型平均絕對誤差最小。模型能很好地模擬出油酸的變化趨勢，油酸的實測平均值為77.1，模擬平均值也為77.1。通過分析實測值和模擬值偏離平均值的趨勢準確率，得出模擬的趨勢準確率為75%。

表5 基于逐步回歸方法構建的油茶油酸與氣候因子關系模型

圖3 420項氣候因子構建的油茶油酸模型

Fig.3 Model of oleic acid ofC.oleiferabased on 420 climatic factors

2.3 關鍵物候期氣候因子與鮮果含油率的相關性

綜合相關分析和逐步回歸建模分析，油茶各物候期氣候因子與鮮果含油率相關系數通過0.05置信度檢驗占比依次為果實膨大高峰期=采后處理期>果實第一次膨大期>果實成熟期=全年>油脂轉化/積累高峰期。各物候期氣候因子與油酸相關系數大于0.3且排前5位的為果實膨大高峰期>果實第一次膨大期>采后處理期>果實成熟期>全年>油脂轉化/積累高峰期。基于逐步回歸的油茶油酸與氣候因子模型的準確率依次為果實第一次膨大期>全年>采后處理期>果實膨大高峰期>油脂轉化/積累高峰期>果實成熟期。根據這3類標準，排位最高的賦值6，依次降低，直至降為1。綜合得出：物候期對油酸影響程度依次為果實第一次膨大期=果實膨大高峰期>采后處理期>全年>果實成熟期>油脂轉化/積累高峰期。據此，確定果實第一次膨大期和果實膨大高峰期是影響油茶油酸的關鍵物候期，而油脂轉化/積累高峰期對油酸影響較小。

果實第一次膨大期的極端最高氣溫、日照時數和平均相對濕度是影響油茶油酸的關鍵氣象因子。其中油酸與極端最高氣溫和日照時數呈顯著正相關，與平均相對濕度呈負相關。表明，果實第一次膨大期較高的氣溫和充足的日照有利于油酸的形成。果實膨大高峰期的極端最高氣溫、氣溫日較差和日平均氣溫≥20℃的積溫是影響油茶油酸的關鍵氣象因子，且均與油酸含量呈正相關。表明，較高的氣溫和較大的氣溫日較差有利于油酸的形成。

3 結論與討論

基于油茶各物候期氣候因子與油酸數據，利用相關分析和不同物候期氣候條件與油酸的關系模型分析發現，在420項氣候因子與油酸的相關系數通過0.05信度檢驗的因子中，溫度類氣候因子占比最高。基于420項氣候因子構建的油茶油酸的模型平均絕對誤差最小，入選模型的溫度類因子和水分類因子比例相等。

綜合分析各階段氣候因子與油酸相關系數通過0.05置信度檢驗的比例和模型精度得出，果實第一次膨大期和果實膨大高峰期是影響油茶油酸的關鍵物候期，而油脂轉化和積累高峰期對油酸影響較小。果實第一次膨大期的極端最高氣溫、日照時數和平均相對濕度是影響油茶油酸的關鍵氣象因子，其中，油酸與極端最高氣溫和日照時數呈顯著正相關，與平均相對濕度呈負相關。果實膨大高峰期的極端最高氣溫、氣溫日較差、日平均氣溫≥20℃的積溫是影響油茶油酸的關鍵氣象因子，且均與油酸含量呈正相關。

油茶籽油酸含量在受品種自身遺傳控制的同時，一定程度上受到栽培區域的生態因子，特別是氣候因子的影響[14]。但關于不同栽培區域的氣候條件對油茶籽油脂肪酸含量影響的研究相對較少，相關研究表明，油茶籽的粗脂肪含量與地理緯度均呈顯著負相關關系，油酸與粗脂肪含量呈極顯著正相關關系[15]，雖然地理緯度與溫度、降水分布密切相關，但并沒有挖掘出具體的關鍵氣候因子對油酸含量的影響。在充分考慮氣候條件對油茶籽油脂肪酸組成的影響規律的基礎上，通過各物候期時段的氣候因子與油酸含量的分析，研究找出影響油茶籽油酸含量的關鍵物候期時段及關鍵氣候因子，可為油茶種植資源的合理優化提供依據。但關于油茶油酸與關鍵氣候因子的互作機理還有待進一步深入研究。