油茶產量對關鍵生長時期熱積溫和高溫日數的響應*

謝佰承 郭凌曜 杜東升 譚 儼 王國棟

(1.西北農林科技大學理學院 楊凌 712100； 2.氣象防災減災湖南省重點實驗室 長沙 410118； 3.湖南省氣候中心 長沙 410118)

油茶(Camelliaoleifera)屬山茶科(Theaceae)山茶屬(Camellia)常綠小喬木,為世界四大木本油料樹種之一，具有生長快、結果早、適應性強、用途廣等特點(莊端林， 2008)。目前，我國油茶種植面積超過430萬hm2，主要分布在長江流域及其以南的14個省份，油茶籽年產量約210萬t，年產茶油約52萬t。其中，湖南油茶種植面積已超過140萬hm2，茶油產量和產值均居全國首位，是當地經濟發展的優勢產業。

長期以來，我國油茶存在低產低效問題，除品種、管理水平和社會因素外，氣象災害也是一個重要制約因素。在氣象因子對油茶產量的影響方面已有大量研究，如康志雄等(1993)在連續11年調查516株固定樣株產量的基礎上，運用灰色關聯度方法分析17個氣象因子的作用，結果發現上年度11月的日照量、7—8月的蒸發量、1月的平均氣溫和年日照量等對油茶產量影響很大； 左繼林等(2010)研究得出，油茶優良無性系的干出籽率、鮮果含油率和種仁含油率等經濟性狀指標受年內不同時段以及不同年份的氣象因子影響較大，其中最低氣溫、日降雨量、風速和日均溫等因子對油茶鮮出籽率影響很大； 曾燕如等(2010)研究表明，油茶花期的降雨和霜凍等氣象條件會影響坐果率，進而影響產量； 夏尚光等(2011)黃拯等(2017)研究認為，特定環境因子會影響凈光合速率和蒸騰速率，從而影響油茶生長發育； 彭嘉棟等(2016)統計分析不同物候期氣象因子對油茶產量的影響，并建立了產量預測模型； 丁少凈等(2017)探討干旱脅迫對油茶花苞生長及油茶籽和茶油產量的影響，結果發現油脂轉化期的干旱脅迫影響較大，可使茶油產量下降45.73%，但采用覆蓋和松土措施后僅下降24.14%和27.40%，表明相應的管理措施可一定程度緩解干旱危害。

目前，研究主要集中在不同油茶生長時期的氣溫、日照、降水量、降水日數等氣象指標與油茶產量的關系方面，(王道藩， 1983； 郭文楊等，1987； 韋金霖， 2013； 周定杰等， 2013； 袁昌選等， 2014； 鐘飛霞等， 2015； 左繼林， 2014； 宋英強等， 2015； 許彥明，2016)高溫干旱是影響油茶產量和品質的重要氣象災害，如2003年江西省的歷史罕見夏秋高溫干旱使油茶總產量較前3年均值減少12%； 2013年湖南省的夏秋季節性干旱導致全省油茶產量減少3成以上。本研究探討氣象因子對油茶產量的影響，確定油茶關鍵生長時期的高溫干旱指標及其影響關系，以期為油茶高溫干旱災害提供參考。

1 數據與方法

1.1 數據來源與處理

油茶產量源于湖南省林業科學院提供的2007—2015年省內18個縣(市、區)油茶樣地數據，基于油茶樣地鮮果采摘量計算的鮮果單產數據。為剔除油茶樹齡、品種和土壤等因素差異的影響，數據分析時首先對油茶產量數據進行標準化處理： 1) 因良種林和非良種林(指其他未審定的品種)油茶產量差異較大，故剔除非良種林油茶產量數據，統一選擇良種林油茶產量數據； 2) 油茶種植后進入豐產期(指油茶林進入豐產、穩產的階段，一般指油茶良種造林后第8年)需7～8年時間，進入豐產期前產量隨樹齡增大而增加，故剔除未進入豐產期的油茶產量數據； 3) 不同管理措施使油茶產量差異較大，高產品種年均產量達13 395 kg·hm-2，而低產良種僅1 455 kg·hm-2，故對每塊良種林樣地的油茶產量進行標準化處理：

(1)

式中：Xi為單塊樣地某年的產量；X為單塊樣地進入豐產期后的多年平均產量；σ為進入豐產期后產量的標準差；i為年序； XSi為某年的標準化產量。

剔除低產林、未進入豐產期的樣地數據后，共有48組標準化油茶產量數據，排除了油茶樹齡、品種和土壤條件的干擾，可認為油茶產量僅受氣象因素影響。油茶標準化產量數據見表1。

表1 2007—2015年油茶標準化產量Tab.1 Standardized production of C. oleifera from 2007 to 2015

氣象數據來自湖南省氣象信息中心檔案館，采用距油茶樣地最近的氣象站的逐日數據。不同物候期主要包括果實膨大高峰期(6月1日—8月5日)和油脂轉化期(8月11日—10月10日)，物候期的氣象因子數據見表2； 不同物候期≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數數據見表3。

表2 油茶不同物候期氣象因子統計Tab.2 Statistics of meteorological factors of C. oleifera in different phenological periods

表3 油茶不同物候期≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數Tab.3 The heat accumulated temperature ≥30 ℃ and days of high temperature ≥30 ℃ of C. oleifera in different phenological periods

1.2 指標選取與評價

油茶雖然耐旱，但果實膨大高峰期(6月1日—8月5日)和油脂轉化期(8月11日—10月10日)的持續高溫對油茶產量和品質具有影響。本研究以日均氣溫≥30 ℃作為高溫指標，當日均氣溫≤30 ℃時，則日熱積溫為0：

∑Td=∑[Km(Tm-T0)]。

(2)

式中：Td為日熱積溫(℃·d-1)；Tm為日均最高氣溫(℃)；T0為影響油茶產量和品質的臨界溫度(30 ℃)；Km=1，為訂正系數。

統計各油茶樣地不同生長階段的≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數，用于分析果實膨大高峰期和油脂轉化期的氣象因素對油茶產量的影響。采用相關分析研究氣象因子與油茶產量的關系，應用逐步回歸建立油茶氣象產量預測模型，利用SPSS軟件分析。

基于2007—2013年的產量和氣象數據建立產量模型，基于2014—2015年的數據驗證模型精度：

(3)

2 結果與分析

2.1 不同物候期氣象因子對油茶標準化產量的影響

2.1.1 果實膨大高峰期氣象因子影響 由圖1可知，油茶標準化產量與平均氣溫呈顯著負相關(P<0.05，-0.433 9)，與降水日數呈顯著正相關(P<0.05，0.591 5)，與降水量呈正相關，與日照時數呈負相關。這表明，果實膨大高峰期降水量和降水日數較多利于油茶產量提高。油茶生長除需要一定降水量外，果實膨大高峰期降水的合理均衡分布也是油茶正常生理活動和油脂合成轉化的重要條件。

圖1 果實膨大高峰期氣象因子與油茶標準化產量的關系Fig. 1 The relationship between meteorological factors and the standardized yield in the peak period of fruit expansion

2.1.2 油脂轉化期氣象因子的影響 由圖2可知，油茶標準化產量與平均氣溫、降水量、降水日數呈負相關，與日照時數呈正相關。雖然油脂轉化期高溫干旱不利于果實增長，但充足的日照能保障油茶光合作用，利于果實增長和油脂積累，因此連續降水會限制油茶產量增加。

圖2 油脂轉化期氣象因子與油茶標準化產量的關系Fig. 2 The relationship between meteorological factors and the standardized yield in oil transformation period

2.2 不同物候時期≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數對油茶標準化產量影響

2.2.1 果實膨大高峰期≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數的影響 由圖3A可知，油茶標準化產量與≥30 ℃熱積溫呈顯著負相關(P<0.05)，其統計關系為y=-0.040 5x+1.486 6(r=0.759 8,P<0.05)，當≥30 ℃熱積溫達到36.7 ℃時油茶標準產量為0，表明若≥30 ℃熱積溫繼續增加將會抑制油茶果實生長，使標準化產量為負，即實際產量在低于多年平均產量的范圍內繼續降低。油茶雖為耐旱樹種，但果實膨大高峰期持續高溫和缺少降水會影響產量，難獲豐產。

圖3 果實膨大高峰期日熱積溫及高溫日數與標準產量的關系Fig. 3 The relationship between the standardized yield and the daily accumulated temperature and days of high temperature in the peak period of fruit expansion period

由圖3B可知，油茶標準化產量與的≥30 ℃高溫日數呈顯著負相關(P<0.05)，其統計關系為y=-0.071 7x+1.885 9(r=0.650 9,P<0.05)。當≥30 ℃高溫日數達到26天時油茶標準化產量為0，表明若≥30 ℃高溫日數繼續增加將會抑制油茶果實生長，使實際產量在低于多年平均產量的范圍內繼續降低。因此，當≥30 ℃高溫日數超過26天后，需采取防災減災措施，如在油茶根部灌溉補水，以減輕水分虧缺并降低災害減產。

從油茶標準化產量與≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數的相關系數可知，油茶標準化產量對果實膨大高峰期≥30 ℃熱積溫的指標更敏感。

2.2.2 油脂轉化期≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數的影響 由圖4A可知，油茶標準化產量與≥30 ℃熱積溫呈顯著負相關(P<0.05)，其統計關系為y=-0.068 8x+0.936 9(r=0.725 1,P<0.05)，當≥30 ℃熱積溫達到13.6 ℃時油茶≥30 ℃標準化產量為0，表明若≥30 ℃熱積溫繼續增加將會使油茶標準產量化為負，即實際產量在低于多年平均產量的范圍內繼續降低。

由圖4B可知，油茶標準化產量與≥30 ℃高溫日數呈顯著負相關(P<0.05)，其統計關系為y=-0.1270x+1.226 7(r=0.613 0,P<0.05)，當≥30 ℃高溫日數達到10天時油茶標準化產量為0，表明若≥30 ℃高溫日數繼續增加將會使油茶標準化產量為負，即持續高溫不利油茶鮮果產量形成，實際產量會在低于多年平均產量的范圍內繼續降低。這主要是由于高溫干旱不利于油茶光合作用，造成油茶果的果徑、果高、果形指數和體積等參數降低(王瑞輝等， 2014)。

圖4 油脂轉化期熱積溫和高溫日數與標準化產量的關系Fig. 4 The relationship between standardized yield and the daily accumulated temperature and days of high temperature in oil transformation period

與油茶果實膨大高峰期(6月1日—8月5日)相比，油脂轉化期(8月11日—10月10日)影響產量的≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數的閾值均較小，主要是因為此時已逐漸進入秋季。與果實膨大高峰期類似，油茶標準化產量對≥30 ℃熱積溫的敏感性大于對高溫日數的敏感性。

2.3 油茶產量預測模型效果評價

根據上述結果，選用果實膨大高峰期和油脂轉化期及果實膨大高峰期-油脂轉化期≥30 ℃熱積溫、≥30 ℃高溫日數建立油茶標準化產量預測模型(表4)，分析可知，在果實膨大高峰期-油脂轉化期建立的回歸模型擬合效果較好，Y=-0.024x1-0.012X2+1.611,R2=0.629，達到最優，根據方程可知，≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數與油茶標準化產量均呈負相關關系。

表4 不同物候期油茶標準化產量預測模型①Tab.4 Standardized yield prediction model of C. oleifera in different phenological periods

由圖5可知，基于2014—2015年湖南省24個油茶種植區標準化產量進行檢驗時，擬合產量與實際產量相關性較好，其r=0.793 0, RMSE=0.775 3,P<0.05。因此，選用果實膨大高峰期-油脂轉化期建立的預測模型，結合長期氣象趨勢，可進行當年或來年油茶產量預測。

圖5 湖南省不同站點油茶實際產量與擬合產量Fig. 5 The actual yield and fitting yield of C. oleifera at different sites in Hunan Province

3 討論

高溫干旱是油茶林的主要災害，油茶林生長初期，樹齡越小，抗旱能力越弱，高溫干旱災害越嚴重。1年生新造油茶林平均死亡率達 52.5%，正常株僅13.4%，嚴重時林木全部死亡(陳永忠等， 2014)。本研究首次采用≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數作為關鍵氣象因子指標對油茶關鍵生長時期(果實膨大高峰期、油脂轉化期)的高溫干旱災害進行提前預測，通過統計分析，明確給出油茶果實膨大高峰期≥30 ℃熱積溫達到36.7 ℃或≥30 ℃高溫日數達到26天，以及油脂轉化期≥30 ℃熱積溫達到13.6 ℃或≥30 ℃高溫日數達到10天，為高溫干旱出現的閾值，可以指導油茶生產中采取相應抗旱措施，為穩產高產提供保障。

以往研究多采用油茶樹外觀形態和生理指標指示油茶干旱脅迫，如葉卷曲變褐、頂梢枯萎、老葉片脫落、枝條枯萎等(曹永慶等， 2014)； 成熟葉片變薄變小，氣孔面積、氣孔周長、氣孔開度減小，主脈厚度增加等(曹林青等， 2018)； 果徑、果高、果形指數和體積等參數變小等(王瑞輝等， 2014)。僅采用外觀形態和生理指標指示干旱脅迫時，因油茶生長周期已基本完成，很難通過其他管理或補救措施避免油茶產量降低，因此，采用關鍵生長時期氣象指標進行提前診斷，可提前做好災害預防，以確保油茶產量形成。

高溫干旱一直是影響南方油茶產量的關鍵因子，隨著氣候變暖，高溫干旱出現頻次逐年增加，7—9月是果實增長和油脂形成的關鍵時期，持續高溫、干旱缺水會限制油茶果實生長和油脂轉化，不利于果實形成或形成飽滿果實，不利于優質豐產，含油量低、品質差(王瑞輝等， 2014)。在果實膨大高峰期和油脂轉化期，隨著≥30 ℃高溫日數增加，油茶產量減少，在前人研究中也得到印證(蔣元華等， 2015)。

此外，以往國內學者大多選用油茶產量與整個物候期氣象因子(氣溫、降水、日照時數)進行逐步相關分析，篩選相關因子建立油茶產量回歸模型(彭嘉棟等， 2016)，結果發現大多數常規氣象因子與油茶產量的相關性不強。本研究主要考慮油茶果實膨大高峰期和油脂轉化期≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數作為油茶生長的脅迫氣象因子，建立油茶產量預測模型，適用性較強，便于運用，可為油茶產量預測提供借鑒參考。隨著不斷增多的極端氣候事件及其對油茶產量的影響，需要更加精細地預測油茶產量，這將成為油茶高產穩產的氣象保障服務的重要內容，可有效提升油茶防災減災的科學性。

當前，人工管理和撫育對油茶產量有較大影響，因此油茶產量預測模型的準確度十分關鍵，多年生油茶產量與氣候相關更為緊密。積溫是某一時段內逐日平均氣溫之和，是反映作物發育對熱量的要求和地區熱量資源的評價指標，是影響植物生長的重要因素之一，本研究僅采用≥30 ℃熱積溫作為指標，考慮果實膨大高峰期和油脂轉化期熱害累積，如采用≥30 ℃小時當量熱積溫建立模型，或許更能反映出油茶生長受高溫熱害的強度，建立的預測模型更加趨于穩定和準確。

4 結論

果實膨大高峰期和油脂轉化期是影響油茶產量和品質的關鍵時期，油茶產量與≥30 ℃熱積溫和≥30 ℃高溫日數均呈顯著負相關，表明這2個關鍵物候期的高溫干旱會抑制果實生長，造成油茶產量減產。導致油茶產量低于多年均值的≥30 ℃熱積溫閾值在果實膨大高峰期為36.7 ℃，在油脂轉化期為13.6 ℃，相應的≥30 ℃高溫日數閾值為26天和10天，油茶減產對果實膨大高峰期≥30 ℃熱積溫最為敏感。利用果實膨大高峰期-油脂轉化期的≥30 ℃熱積溫和高溫日數氣象指標可較好預測油茶產量，并及時發出高溫干旱災害預警，能夠指導油茶種植區及時采取預防高溫干旱災害的管理措施，如人工降雨或灌溉補水，以確保油茶產量和經濟效益。