关键气候因子与油茶油酸含量的相关性

蒋元华，廖玉芳，彭嘉栋，黄 超

(1.湖南省气候中心，湖南 长沙 410008；2.湖南省气象科学研究所，湖南 长沙 410008)

油茶是我国特有的油料作物，也是世界四大木本食用油料树种之一，油茶籽加工制成的茶油是一种优质食用油，富含以油酸和亚油酸为主的不饱和脂肪酸，其中油酸含量达80%左右，营养丰富，热稳定性好，烹调不易氧化，有益于人体健康[1]，素有“东方橄榄油”美誉[2]。油茶广泛分布于我国亚热带丘陵山区，主产于湖南、江西、广西、福建、浙江和广东等省(区)。目前，我国油茶面积约367万hm2，油茶籽年产量180万t左右，年产茶油约45万t。其中，湖南油茶种植面积、茶油产量和产值均居全国首位[3]。蒋元华等[4-12]报道，气候条件通过对油茶关键物候期产生影响从而影响油茶果的产量及含油率。但有关气候条件对油茶油酸影响方面的研究相对较少，国内除李大明等[13]对广西、广东和湖南等14个不同产地的普通油茶籽油品质与外界生态因子进行了相关性研究，揭示了不饱和脂肪酸含量与纬度呈明显的正相关。张乃燕等[14]利用广西多地油茶种仁数据分析主要地理及气候因子对油茶脂肪酸影响发现，年均温度升高会导致油酸含量的下降，年均降雨量的增加有利于油酸含量的积累，而低温或降雨量的增加则会导致亚油酸含量的降低。为进一步完善关键气候因子对油茶油酸含量及品质的相关性，以湖南省多地油茶油酸为材料，研究温度、降水、日照、冰冻和降雪等多种气候因子对油酸的影响，以期为油茶生产应用提供科学依据。

1 资料与方法

1.1 数据来源

1.1.1 气候因子 湖南省97个地面气象观测站逐年观测数据，包括气温、降水、光照、湿度和地温等气象要素，以及天气现象等42种气候因子(表1)，来源于国家气象科学数据共享服务平台。

表1 气候因子名称及代码

1.1.2 油茶油酸样本数据 油茶油酸样本数据共计36个，湖南省林业科学院提供。将油茶油酸形成阶段划分为果实第一次膨大期、果实膨大高峰期、油脂转化/积累高峰期、果实成熟期、采后处理期和全年，及其各阶段的关键时期，共10个时间段(表2)。根据42类气候因子与油茶油酸形成期有关的10个时间段，共组合成420项气候因子指标，例如TMAxim_2表示时间段编码为2的物候期的极端最高气温，即果实第一次膨大期关键期的极端最高气温(下同)。

表2 油茶各物候期时间段

1.2 研究方法

1.2.1 相关分析 相关分析是研究各要素之间是否存在某种依存关系，并对具体有依存关系的现象探讨其相关方向以及相关程度，是研究随机变量之间的相关关系的一种统计方法。根据420项气候因子指标，分别计算其与油酸的相关系数。

1.2.2 油茶油酸与气候因子关系模型的构建 以油茶油酸为因变量，以气候因子为自变量，采用逐步回归方法建立最优回归方程对因变量进行模拟和预报，可以使回归方程中包含所有对因变量影响显著的自变量，而剔除其对因变量影响不显著的自变量，从而达到从众多气候因子中筛选出对油茶油酸影响最为显著的气候因子，研究基于420项气候因子数据，利用逐步回归分别构建不同阶段油茶油酸与气候因子的关系模型。

2 结果与分析

2.1 油酸与气候因子的相关性

从表3可知，在不同阶段与油酸的相关系数通过0.05置信度检验的气候因子及相关系数中，果实第一次膨大期的气候因子为TMAxim_2、suaccu_2、rhmean_2和sncont_2，相关系数分别为0.489、0.355、-0.329和-0.327；果实膨大高峰期有8个气候因子，相关系数为-0.346～0.356；油脂转化及积累高峰期的气候因子为TMInim_5和TMInim_6，相关系数分别为-0.367和-0.367；果实成熟期和采后处理期各有4个气候因子，全年有2个气候因子。

从图1看出，油茶品质形成期各阶段与油酸相关性最高的6个气候因子中，正相关因子分别为果实第一次膨大期的极端最高气温、采后处理期的大雨以上降水日数、果实膨大高峰期的极端最高气温和全年的日最高气温≥39℃日数，相关系数分别为0.489、0.429、0.400和0.346；负相关因子分别为油脂转化/积累高峰期的极端最低气温和果实成熟期的大雨以上降水日数，相关系数分别为-0.367和-0.399。从图2可知，油茶各阶段与油酸相关系数通过0.05置信度检验的气候因子占该阶段总指标数比例，以果实膨大高峰期和采后处理期占比最高，均为9.5%。其中，果实膨大高峰期的温度类因子占62.5%，水分类因子占12.5%；采后处理期的温度类因子占25%，水分类因子占50%。其次为果实第一次膨大期、果实成熟期和全年，均占4.8%。其中，果实第一次膨大期的温度类因子占25%，水分类因子占25%；果实成熟期的温度类因子占50%，水分类因子占25%；全年入选的气候因子均为气温类因子。油脂转化/积累高峰期的占比最小，为2.4%，入选的气候因子均为温度类因子。

表3 与油酸的相关系数通过0.05置信度检验的气候因子

注：**和*分别表示无指标和数据，下同。

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

图1 油茶品质形成期各阶段与油酸相关性最高的气候因子

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

图2 油茶各阶段与油酸相关系数通过0.05置信度检验的气候因子占比

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

从表4可知，在各物候期与油酸相关系数通过0.05置信度检验排位前5的气候因子中，温度类因子占55%，水分类因子占20%。果实膨大高峰期的相关系数排前5位的气候因子分别为极端最高气温、气温日较差、日平均气温≥20℃的积温、日最高气温≥35℃的天数和有日照天数。其中，气温类因子占80%，无水分类因子入选。果实第一次膨大期的相关系数排前4位的气候因子分别为极端最高气温、日照时数、平均相对湿度和最长连续无日照天数。其中，气温类因子占25%，水分类因子占25%。采后处理期的相关系数排前3位的气候因子分别为大雨以上降水日数、极端最低气温和降水量。其中，水分类因子占67%，温度类因子占33%。果实成熟期的相关系数排前4位的气候因子分别为大雨以上降水日数、气温日较差、日照时数和极端最低气温。其中，气温类因子占20%，水分类因子占80%。全年的相关系数排前2位的气候因子分别为日最高气温≥39℃的天数和极端最低气温，均为气温类因子。油脂转化/积累高峰期入选的气候因子为极端最低气温。

表4 各物候期与油酸相关系数通过0.05置信度检验排位前5的气候因子

2.2 油茶油酸与气候因子的关系模型

从表5可知，基于420项气候因子构建的油茶油酸模型的平均绝对误差最小，模型入选因子分别为果实第一次膨大期的极端最高气温和中雨以上降水日数，果实成熟期的平均最小相对湿度，全年的平均地表温度。其中温度类因子占50%，水分类因子占50%。油茶品质形成各阶段中，基于果实第一次膨大期和全年气候因子构建的含油率模型平均绝对误差最小，分别为2.457和2.55。果实第一次膨大期入选模型的气候因子分别为极端最高气温、中雨以上降水日数和日平均气温≥10℃的积温，其中，温度类因子占67%，水分类因子占33%。全年入选模型的气候因子分别为日最高气温≥39℃的天数、日最低气温≤-4℃的日数、中雨以上降水日数和最长连续无雨日数，其中，温度类因子占50%，水分类因子占50%。基于采后处理期、果实膨大高峰期和油脂转化/积累高峰期气候因子构建的含油率模型精度较好，平均绝对误差分别为2.691、2.824和2.881。采后处理期入选模型的因子分别为日最低气温≤-4℃的日数、日照时数和平均气温日较差。其中，温度类因子占67%，无水分类因子入选。果实膨大高峰期入选模型的因子分别为极端最高气温、最长连续无雨日数和最长连续降水日数。其中，温度类因子占33%，水分类因子占67%。油脂转化/积累高峰期入选模型的因子分别为极端最高气温、中雨以上降水日数和最长连续日照天数，其中，温度类因子占33%，水分类因子占33%。基于果实成熟期的气候因子构建的含油率模型精度最小，平均绝对误差为5.694，入选因子为大雨以上降水日数，全为水分类因子。

从图3看出，以420项气候因子为变量构建的油茶油酸模型平均绝对误差最小。模型能很好地模拟出油酸的变化趋势，油酸的实测平均值为77.1，模拟平均值也为77.1。通过分析实测值和模拟值偏离平均值的趋势准确率，得出模拟的趋势准确率为75%。

表5 基于逐步回归方法构建的油茶油酸与气候因子关系模型

图3 420项气候因子构建的油茶油酸模型

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

2.3 关键物候期气候因子与鲜果含油率的相关性

综合相关分析和逐步回归建模分析，油茶各物候期气候因子与鲜果含油率相关系数通过0.05置信度检验占比依次为果实膨大高峰期=采后处理期>果实第一次膨大期>果实成熟期=全年>油脂转化/积累高峰期。各物候期气候因子与油酸相关系数大于0.3且排前5位的为果实膨大高峰期>果实第一次膨大期>采后处理期>果实成熟期>全年>油脂转化/积累高峰期。基于逐步回归的油茶油酸与气候因子模型的准确率依次为果实第一次膨大期>全年>采后处理期>果实膨大高峰期>油脂转化/积累高峰期>果实成熟期。根据这3类标准，排位最高的赋值6，依次降低，直至降为1。综合得出：物候期对油酸影响程度依次为果实第一次膨大期=果实膨大高峰期>采后处理期>全年>果实成熟期>油脂转化/积累高峰期。据此，确定果实第一次膨大期和果实膨大高峰期是影响油茶油酸的关键物候期，而油脂转化/积累高峰期对油酸影响较小。

果实第一次膨大期的极端最高气温、日照时数和平均相对湿度是影响油茶油酸的关键气象因子。其中油酸与极端最高气温和日照时数呈显著正相关，与平均相对湿度呈负相关。表明，果实第一次膨大期较高的气温和充足的日照有利于油酸的形成。果实膨大高峰期的极端最高气温、气温日较差和日平均气温≥20℃的积温是影响油茶油酸的关键气象因子，且均与油酸含量呈正相关。表明，较高的气温和较大的气温日较差有利于油酸的形成。

3 结论与讨论

基于油茶各物候期气候因子与油酸数据，利用相关分析和不同物候期气候条件与油酸的关系模型分析发现，在420项气候因子与油酸的相关系数通过0.05信度检验的因子中，温度类气候因子占比最高。基于420项气候因子构建的油茶油酸的模型平均绝对误差最小，入选模型的温度类因子和水分类因子比例相等。

综合分析各阶段气候因子与油酸相关系数通过0.05置信度检验的比例和模型精度得出，果实第一次膨大期和果实膨大高峰期是影响油茶油酸的关键物候期，而油脂转化和积累高峰期对油酸影响较小。果实第一次膨大期的极端最高气温、日照时数和平均相对湿度是影响油茶油酸的关键气象因子，其中，油酸与极端最高气温和日照时数呈显著正相关，与平均相对湿度呈负相关。果实膨大高峰期的极端最高气温、气温日较差、日平均气温≥20℃的积温是影响油茶油酸的关键气象因子，且均与油酸含量呈正相关。

油茶籽油酸含量在受品种自身遗传控制的同时，一定程度上受到栽培区域的生态因子，特别是气候因子的影响[14]。但关于不同栽培区域的气候条件对油茶籽油脂肪酸含量影响的研究相对较少，相关研究表明，油茶籽的粗脂肪含量与地理纬度均呈显著负相关关系，油酸与粗脂肪含量呈极显著正相关关系[15]，虽然地理纬度与温度、降水分布密切相关，但并没有挖掘出具体的关键气候因子对油酸含量的影响。在充分考虑气候条件对油茶籽油脂肪酸组成的影响规律的基础上，通过各物候期时段的气候因子与油酸含量的分析，研究找出影响油茶籽油酸含量的关键物候期时段及关键气候因子，可为油茶种植资源的合理优化提供依据。但关于油茶油酸与关键气候因子的互作机理还有待进一步深入研究。