邵阳县油茶种植气候适宜性评价

江涤非，郭海峰*，卿燃莉，李 矛，贾海鹰

(1.湖南省气象服务中心，湖南 长沙 410118；2.气象防灾减灾湖南省重点实验室，湖南 长沙 410118；3.湖南省邵阳市气象局，湖南 邵阳 422000)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)属于山茶科山茶属，为常绿小乔木或灌木，虫媒异花授粉树种，双子叶植物[1]，是一种重要的食用油料经济作物，油茶茶籽所产出的茶油是一种高级食用油，品质优异，甚于橄榄油；其高不饱和脂肪酸含量和无胆固醇的特性，使得人们在食用时，不会引起高血压、血栓、动脉硬化等疾病[2-4]。油茶籽产出的茶油在作为优质食用油的同时，还可以作为化工医药、日用品等产业的生产原辅材料[5-6]。油茶在中国、马来西亚、日本、泰国、缅甸、越南等国均有种植[7-8]。我国境内，油茶主要分布于湘、粤、闽、桂、赣、川、贵、琼等17个省(区)山地丘陵带，栽培历史悠久[9]。

气候条件是影响油茶种植的一个重要因素，在我国，各界学者针对气候对油茶经济性状的影响，以及油茶种植气候适宜性区划已开展了大量的研究。2008年出版的《中国油茶》(第二版)从生态环境和气候条件等方面着手，对全国油茶进行了栽培区划，将全国范围内的油茶林划分为了3个带、9个区，为后来各省、市、县地区的油茶种植提供了重要的科学依据[10]。左继林[11-12]、康志雄[13]等利用相关分析、灰色关联分析等方法研究了气温、降水、光照等气候因子对油茶产量、茶籽的出籽率、含油率的影响。作为油茶产区的我国广西、福建、江西等省份，均开展了省域范围内的油茶气候适宜性区划和评价研究[14]。湖南省亦于2011年由陆魁东等[15]开展了全省范围内的油茶GIS精细化区划，分辨率500 m×500 m；省内尚未有关于市域、县域范围内的油茶气候适宜性区划研究。目前，国内的油茶气候适宜性评价，多仅从气候条件对油茶生长发育、茶籽品质的影响方面开展研究，未结合立地条件对油茶种植的影响来进行考虑。

湖南省邵阳县属典型的亚热带季风湿润气候，充足的光、热、水资源能较好地满足油茶生长发育的需求。根据邵阳县油茶产业发展规划，至2025年，县内油茶林面积拟发展至5.3万hm2。开展邵阳县油茶种植气候适宜性评价，对于邵阳县充分利用气候资源，合理布局油茶林，发展油茶产业具有重要的科学指导意义。

本研究根据邵阳县的历史气候条件、立地条件与邵阳县油茶生长发育之间的关系，确定邵阳县油茶气候区划指标和地形区划指标，在GIS平台上对邵阳县进行油茶气候适宜性区划(分辨率90 m×90 m)，对邵阳县境内不同区域种植油茶的气候适宜性进行评价。

1 材料与方法

1.1 研究区域概况

邵阳县地处湖南省邵阳市南部，位于资江上游。所处经纬度范围为110°59′～110°40′ E， 26°40′～27°06′ N；属丘陵盆地-山地过渡带，地势南高北低，中北部突起。气候温和湿润，光能资源丰富，属于中亚热带季风湿润气候区，十分适合油茶生长发育。根据气候统计，邵阳县年均气温17.0 ℃，年均最高气温21.7 ℃，年均最低气温13.6 ℃。平均年降水量1290.6 mm，平均年日照时数为1486.2 h，平均每天日照时间4.1 h，年平均风速1.3 m/s，年平均相对湿度为80.9%。温度、降水量、日照、相对湿度均处在油茶生长发育最适宜或较为适宜的气候条件范围内。邵阳县河网密布，共有大小河流61条，主要有资水、夫夷水、赧水、檀江等。境内地下水资源丰富，有地下河流50余条，泉点密布，遍布全县各山岗谷地，为油茶的生长提供了充足的水分，对油茶生长十分有利。邵阳县境内有土地面积19.9万hm2，土地类型多样，土质较好，属于富硒区域，土层深厚肥沃，有机质含量较高，理化性状与养分状况良好，pH值4.5～6.5，呈微酸性，非常适合油茶生长。

1.2 资料来源

本研究所用气象资料为1985～2019年邵阳县及其周边10个国家地面气象站点的逐日气温、降水、日照观测数据，来源于湖南省气象信息中心；所用地理信息数据(邵阳县行政边界、9 0m×90 m DEM)来源于国家基础地理信息中心。

1.3 数据处理

本研究利用SPSS 17.0软件进行相关分析，逐步回归分析；利用Matlab软件进行层次分析法权重分析；利用AcrGIS软件提取邵阳县坡度、坡向，制作适宜性区划图。

2 结果与分析

2.1 邵阳县油茶气候区划指标

油茶较耐旱耐高温，但适宜的光、温、水条件仍是油茶丰产的基础之一。油茶喜高温，惧低温，要求一定的热量条件。热量条件对油茶的地理分布影响较大。一般来说，要求年平均气温14～21 ℃，最适宜气温19～21 ℃，≥10 ℃的年活动积温在4000～7000 ℃·d之间，最适宜的范围为5000～6500 ℃·d；7月花芽分化期，要求月平均气温不得超过31 ℃，过高的气温将导致花芽分化受阻，最终影响茶树产果结籽；冬季，油茶幼果易遭受低温冻害，要求1月平均气温在5～12 ℃之间。油茶喜湿润气候，8～9月是果实内油脂形成和鲜果膨大的关键期，降雨量的适宜范围为220～380 mm。11月为油茶盛花期，降水量过多易致使油茶落花，不利于油茶结果，11月降水量一般要求70～90 mm，最适宜降水量≤70 mm。油茶喜光，较长时间的日照条件能够促进油茶的光合作用，增加有机物的积累，保证其正常的生长生殖和发育。在年日照时数不足的地区，大部分的油茶品种表现为长势较弱、结果数少、果实较小。反之，在光照充足的地区所生长的油茶品种则呈现出一种植株生长茂盛、果实繁多、茶籽含油率高、品质好的现象。光照对油茶生长发育的影响至关重要，要求年日照时数1200～1400 h，最适宜年日照时数≥1400 h[10,16-20]。

综上所述，本研究选取年平均气温、1月平均气温、7月平均气温、≥10 ℃积温、8～9月降水量、11月降水量、年日照时数共计7个气候因子作为本次邵阳县油茶气候适宜性区划和评价的气候区划指标。

表1 邵阳县油茶气候区划指标

2.2 邵阳县油茶地形区划指标

油茶一般都种植在丘陵山地，立地条件是影响油茶生产的主要因素之一。影响油茶产量和品质的主要立地条件包括坡向和坡度。在山坡地，坡向不同，小气候条件也有所差异，不同的小气候条件是导致不同坡向上油茶产量和品质不同的重要因素之一。经研究发现，在我国南方大部分地区，南坡和东坡由于有较好的光照和较大的昼夜温差，更有利于油茶植株的生长、花芽分化、花果形成与营养累积，较西坡和北坡，油茶的经济性状更佳[21]。坡度对于油茶植株的生长以及果实的品质也存在较大影响。浙江省亚热带植物研究所的曾爱平等人曾做过相关实验，以研究坡度对油茶生长发育的影响，结果表明：随着坡度由陡变缓，油茶树的树高、冠幅、叶面积、单株产果量均逐渐增大[22]。因此，本研究选取坡向和坡度作为邵阳县油茶气候适宜性区划及评价的地形区划指标。

表2 邵阳县油茶地形区划指标

2.3 气候指标小网格推算与区划图制作

本研究利用邵阳县及其周边县市区共计10个气象站点的1985～2019气候资料以及地理信息数据(经纬度、海拔)，采用逐步回归的方法，分别构建气候区划指标与纬度、经度、海拔的气候区划模型，模型如下：

Y=f(W,J,H)

(1)

式(1)中：Y代表气候区划指标，W代表纬度，J代表经度，H代表海拔高度。通过逐步回归构建的7个气候区划指标的空间分析模型。各模型的R2在0.53～0.85之间，F值在34.75～178.52之间。均通过了显著性检验(表3)。

将90 m×90 m的邵阳县经度、纬度、海拔高度栅格图层代入表3的气候区划模型中，推算出上述7个气候区划指标在邵阳县的空间分布情况(90 m×90 m)。

表3 邵阳县油茶气候区划指标空间分析模型

2.4 地形指标小网格区划图制作

从90 m×90 m DEM中提取邵阳县坡向和坡度，得到邵阳县境内坡向和坡度的空间分布示意图(图1)。根据前述分析可知，南坡为最适宜区，东坡为适宜区，西坡为次适宜区，北坡为不适宜区。全县境内大部分区域坡度较小，适宜区和最适宜区面积较大。

2.5 区划权重的确定

层次分析法是将与决策有关的元素分解成目标、准则、方案等层次，在此基础之上进行定性和定量分析的决策方法，可以较好地进行决策权重分析[23]。本研究利用层次分析法来确定气候区划指标(年平均气温、1月平均气温、7月平均气温、≥10 ℃的年活动积温、8～9月降水量、11月降水量、年日照时数)以及地形区划指标(坡向、坡度)的权重。利用Matlab软件，经层次分析得到各项因子的权重，具体见表4。

2.6 邵阳县油茶气候适宜性区划图的制作

得到7项气候区划指标和2项地形区划指标的空间分布图后，在GIS中将上述9个区划指标的空间分布栅格图层进行重分类，按照不适宜区、次适宜区、适宜区、最适宜区分别赋值为1、2、3、4。将重新赋值后的9个区划指标的栅格图层依据表4中的权重进行叠加，得到最终的邵阳县油茶气候适宜性区划图。综合评判值的计算公式如下：

(2)

式(2)中,S为综合评判值，Wi为第i个区划因子的权重，Ui为第i个区划因子的重分类值(1～4),i=1,2,3,…,9。计算后得到的综合评判值S是在0～4之间的值。根据自然断点，将S值在1.9～2.2、2.2～3.1、3.1～3.5、3.5～3.8范围内的区域依次划分为不适宜区、次适宜区、适宜区、最适宜区，得到最终的邵阳县油茶气候适宜性区划图(图2)。

2.7 油茶种植气候适宜性评价

2.7.1 不适宜区 不适宜区为综合评判值在1.92～2.2之间的区域，由图2可以看出，邵阳县境内的不适宜区面积很小，主要分布在河伯乡最南端。根据GIS中的区划统计，该类区域占整个邵阳县总面积的0.06%，约1.19 km2。这些区域由于较高的海拔，热量和光照资源较为缺乏，且坡度较大，其小气候条件不适宜油茶生长发育, 不应在此类区域开展油茶种植和发展油茶产业。

2.7.2 次适宜区 次适宜区为综合评判值在2.2～3.1之间的区域, 根据区划统计，次适宜区占整个研究区域(邵阳县)总面积的7.79%，约155.49 km2。在邵阳县境内，次适宜的分布区域有两个明显的特征。首先，在河伯乡的南部和东南部、五峰铺林场等区域，这些地区由于其较高的海拔，较缺乏的热量条件、光照条件，导致其较不适宜油茶的种植；此外，谷洲镇的北部和西部以及境内主要水系沿线等区域，也属于次适宜区，该类地区主要是由于7月平均气温过高，导致油茶的花芽分化受到一些高温的不利影响，致使油茶减产。上述区域气候条件相对不适宜区较好，但仍不是大力发展油茶产业的理想地。除气候条件较不理想外，部分次适宜区存在其他方面优势，例如，灌溉条件优异等。在次适宜区内种植油茶，若要保证其长势良好、产量稳定，产出茶籽品质高，需在各关键生育期采取相关的保温、降温、增光等措施。

2.7.3 适宜区 适宜区为综合评判值在3.1～3.5之间的区域，适宜区分布范围较广，根据区划统计，邵阳县境内适宜区占县域总面积的56.38%，约1125.34 km2，县域内各乡镇均有适宜区分布。适宜区气候条件优越，冬季较暖，适宜油茶越冬，夏季在保证充足热量条件的同时，不至于气温过高致使油茶遭遇高温热害；光照充足，拥有较好的水分条件；11月盛花期降水量适中，不易导致落花。在适宜区内可大范围开展油茶种植和发展油茶产业。

2.7.4 最适宜区 最适宜区为综合评判值在3.5～3.8之间的区域，邵阳县境内，最适宜区范围较大，占全县总面积的35.77%，约713.98 km2。根据图3，邵阳县境内各乡镇均有最适宜区分布。最适宜区为油茶生长发育的气候最优区，拥有充足且适宜的光照、水分及热量条件，地形条件优越，相较于县域内其他区域，应优先选择最适宜区发展油茶种植基地，开展大规模的油茶种植，推动邵阳县油茶产业的发展。

3 讨论与结论

本研究利用邵阳县及其周边10个国家地面气象观测站1985～2019年的逐日气温、降水、日照资料，分析了气候条件、立地条件对于油茶种植、生长发育、产量品质的影响，选取了年平均气温、1月平均气温、7月平均气温、≥10 ℃的年活动积温、8～9月降水量、11月降水量、年日照时数7个气候因子作为气候区划指标，选取坡向和坡度两个地形因子作为地形区划指标。通过层次分析法，得到了上述7个气候区划指标和2个地形区划指标的权重。并在此权重基础上对邵阳县油茶的气候适宜性进行了区划。区划结果与邵阳县油茶种植的实际情况较为相符，现状油茶种植面积较大的小溪市乡、黄亭市镇、长乐乡、蔡桥乡、金称市镇等乡镇区域大部分为适宜区和最适宜区；种植面积较小的谷洲镇、河伯乡、五峰铺林场等地，次适宜区和不适宜区的面积相对较大。当地可在适宜区以及最适宜区内充分挖掘当地独特的气候优势，合理利用和保护气候资源，充分开展油茶种植，发展油茶产业。

影响油茶生长发育的各要素中，气候条件是主导，立地条件、土壤条件、水文条件、植被条件等其他生态因子也是与油茶种植密不可分的[24-26]。本研究仅考虑了气候条件、立地条件对油茶种植的影响，有待于在今后的研究中进一步补充和完善。