油茶产量对关键生长时期热积温和高温日数的响应*

谢佰承 郭凌曜 杜东升 谭 俨 王国栋

(1.西北农林科技大学理学院 杨凌 712100； 2.气象防灾减灾湖南省重点实验室 长沙 410118； 3.湖南省气候中心 长沙 410118)

油茶(Camelliaoleifera)属山茶科(Theaceae)山茶属(Camellia)常绿小乔木,为世界四大木本油料树种之一，具有生长快、结果早、适应性强、用途广等特点(庄端林， 2008)。目前，我国油茶种植面积超过430万hm2，主要分布在长江流域及其以南的14个省份，油茶籽年产量约210万t，年产茶油约52万t。其中，湖南油茶种植面积已超过140万hm2，茶油产量和产值均居全国首位，是当地经济发展的优势产业。

长期以来，我国油茶存在低产低效问题，除品种、管理水平和社会因素外，气象灾害也是一个重要制约因素。在气象因子对油茶产量的影响方面已有大量研究，如康志雄等(1993)在连续11年调查516株固定样株产量的基础上，运用灰色关联度方法分析17个气象因子的作用，结果发现上年度11月的日照量、7—8月的蒸发量、1月的平均气温和年日照量等对油茶产量影响很大； 左继林等(2010)研究得出，油茶优良无性系的干出籽率、鲜果含油率和种仁含油率等经济性状指标受年内不同时段以及不同年份的气象因子影响较大，其中最低气温、日降雨量、风速和日均温等因子对油茶鲜出籽率影响很大； 曾燕如等(2010)研究表明，油茶花期的降雨和霜冻等气象条件会影响坐果率，进而影响产量； 夏尚光等(2011)黄拯等(2017)研究认为，特定环境因子会影响净光合速率和蒸腾速率，从而影响油茶生长发育； 彭嘉栋等(2016)统计分析不同物候期气象因子对油茶产量的影响，并建立了产量预测模型； 丁少净等(2017)探讨干旱胁迫对油茶花苞生长及油茶籽和茶油产量的影响，结果发现油脂转化期的干旱胁迫影响较大，可使茶油产量下降45.73%，但采用覆盖和松土措施后仅下降24.14%和27.40%，表明相应的管理措施可一定程度缓解干旱危害。

目前，研究主要集中在不同油茶生长时期的气温、日照、降水量、降水日数等气象指标与油茶产量的关系方面，(王道藩， 1983； 郭文杨等，1987； 韦金霖， 2013； 周定杰等， 2013； 袁昌选等， 2014； 钟飞霞等， 2015； 左继林， 2014； 宋英强等， 2015； 许彦明，2016)高温干旱是影响油茶产量和品质的重要气象灾害，如2003年江西省的历史罕见夏秋高温干旱使油茶总产量较前3年均值减少12%； 2013年湖南省的夏秋季节性干旱导致全省油茶产量减少3成以上。本研究探讨气象因子对油茶产量的影响，确定油茶关键生长时期的高温干旱指标及其影响关系，以期为油茶高温干旱灾害提供参考。

1 数据与方法

1.1 数据来源与处理

油茶产量源于湖南省林业科学院提供的2007—2015年省内18个县(市、区)油茶样地数据，基于油茶样地鲜果采摘量计算的鲜果单产数据。为剔除油茶树龄、品种和土壤等因素差异的影响，数据分析时首先对油茶产量数据进行标准化处理： 1) 因良种林和非良种林(指其他未审定的品种)油茶产量差异较大，故剔除非良种林油茶产量数据，统一选择良种林油茶产量数据； 2) 油茶种植后进入丰产期(指油茶林进入丰产、稳产的阶段，一般指油茶良种造林后第8年)需7～8年时间，进入丰产期前产量随树龄增大而增加，故剔除未进入丰产期的油茶产量数据； 3) 不同管理措施使油茶产量差异较大，高产品种年均产量达13 395 kg·hm-2，而低产良种仅1 455 kg·hm-2，故对每块良种林样地的油茶产量进行标准化处理：

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式中：Xi为单块样地某年的产量；X为单块样地进入丰产期后的多年平均产量；σ为进入丰产期后产量的标准差；i为年序； XSi为某年的标准化产量。

剔除低产林、未进入丰产期的样地数据后，共有48组标准化油茶产量数据，排除了油茶树龄、品种和土壤条件的干扰，可认为油茶产量仅受气象因素影响。油茶标准化产量数据见表1。

表1 2007—2015年油茶标准化产量Tab.1 Standardized production of C. oleifera from 2007 to 2015

气象数据来自湖南省气象信息中心档案馆，采用距油茶样地最近的气象站的逐日数据。不同物候期主要包括果实膨大高峰期(6月1日—8月5日)和油脂转化期(8月11日—10月10日)，物候期的气象因子数据见表2； 不同物候期≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数数据见表3。

表2 油茶不同物候期气象因子统计Tab.2 Statistics of meteorological factors of C. oleifera in different phenological periods

表3 油茶不同物候期≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数Tab.3 The heat accumulated temperature ≥30 ℃ and days of high temperature ≥30 ℃ of C. oleifera in different phenological periods

1.2 指标选取与评价

油茶虽然耐旱，但果实膨大高峰期(6月1日—8月5日)和油脂转化期(8月11日—10月10日)的持续高温对油茶产量和品质具有影响。本研究以日均气温≥30 ℃作为高温指标，当日均气温≤30 ℃时，则日热积温为0：

∑Td=∑[Km(Tm-T0)]。

(2)

式中：Td为日热积温(℃·d-1)；Tm为日均最高气温(℃)；T0为影响油茶产量和品质的临界温度(30 ℃)；Km=1，为订正系数。

统计各油茶样地不同生长阶段的≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数，用于分析果实膨大高峰期和油脂转化期的气象因素对油茶产量的影响。采用相关分析研究气象因子与油茶产量的关系，应用逐步回归建立油茶气象产量预测模型，利用SPSS软件分析。

基于2007—2013年的产量和气象数据建立产量模型，基于2014—2015年的数据验证模型精度：

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2 结果与分析

2.1 不同物候期气象因子对油茶标准化产量的影响

2.1.1 果实膨大高峰期气象因子影响 由图1可知，油茶标准化产量与平均气温呈显著负相关(P<0.05，-0.433 9)，与降水日数呈显著正相关(P<0.05，0.591 5)，与降水量呈正相关，与日照时数呈负相关。这表明，果实膨大高峰期降水量和降水日数较多利于油茶产量提高。油茶生长除需要一定降水量外，果实膨大高峰期降水的合理均衡分布也是油茶正常生理活动和油脂合成转化的重要条件。

图1 果实膨大高峰期气象因子与油茶标准化产量的关系Fig. 1 The relationship between meteorological factors and the standardized yield in the peak period of fruit expansion

2.1.2 油脂转化期气象因子的影响 由图2可知，油茶标准化产量与平均气温、降水量、降水日数呈负相关，与日照时数呈正相关。虽然油脂转化期高温干旱不利于果实增长，但充足的日照能保障油茶光合作用，利于果实增长和油脂积累，因此连续降水会限制油茶产量增加。

图2 油脂转化期气象因子与油茶标准化产量的关系Fig. 2 The relationship between meteorological factors and the standardized yield in oil transformation period

2.2 不同物候时期≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数对油茶标准化产量影响

2.2.1 果实膨大高峰期≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数的影响 由图3A可知，油茶标准化产量与≥30 ℃热积温呈显著负相关(P<0.05)，其统计关系为y=-0.040 5x+1.486 6(r=0.759 8,P<0.05)，当≥30 ℃热积温达到36.7 ℃时油茶标准产量为0，表明若≥30 ℃热积温继续增加将会抑制油茶果实生长，使标准化产量为负，即实际产量在低于多年平均产量的范围内继续降低。油茶虽为耐旱树种，但果实膨大高峰期持续高温和缺少降水会影响产量，难获丰产。

图3 果实膨大高峰期日热积温及高温日数与标准产量的关系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

由图3B可知，油茶标准化产量与的≥30 ℃高温日数呈显著负相关(P<0.05)，其统计关系为y=-0.071 7x+1.885 9(r=0.650 9,P<0.05)。当≥30 ℃高温日数达到26天时油茶标准化产量为0，表明若≥30 ℃高温日数继续增加将会抑制油茶果实生长，使实际产量在低于多年平均产量的范围内继续降低。因此，当≥30 ℃高温日数超过26天后，需采取防灾减灾措施，如在油茶根部灌溉补水，以减轻水分亏缺并降低灾害减产。

从油茶标准化产量与≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数的相关系数可知，油茶标准化产量对果实膨大高峰期≥30 ℃热积温的指标更敏感。

2.2.2 油脂转化期≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数的影响 由图4A可知，油茶标准化产量与≥30 ℃热积温呈显著负相关(P<0.05)，其统计关系为y=-0.068 8x+0.936 9(r=0.725 1,P<0.05)，当≥30 ℃热积温达到13.6 ℃时油茶≥30 ℃标准化产量为0，表明若≥30 ℃热积温继续增加将会使油茶标准产量化为负，即实际产量在低于多年平均产量的范围内继续降低。

由图4B可知，油茶标准化产量与≥30 ℃高温日数呈显著负相关(P<0.05)，其统计关系为y=-0.1270x+1.226 7(r=0.613 0,P<0.05)，当≥30 ℃高温日数达到10天时油茶标准化产量为0，表明若≥30 ℃高温日数继续增加将会使油茶标准化产量为负，即持续高温不利油茶鲜果产量形成，实际产量会在低于多年平均产量的范围内继续降低。这主要是由于高温干旱不利于油茶光合作用，造成油茶果的果径、果高、果形指数和体积等参数降低(王瑞辉等， 2014)。

图4 油脂转化期热积温和高温日数与标准化产量的关系Fig. 4 The relationship between standardized yield and the daily accumulated temperature and days of high temperature in oil transformation period

与油茶果实膨大高峰期(6月1日—8月5日)相比，油脂转化期(8月11日—10月10日)影响产量的≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数的阈值均较小，主要是因为此时已逐渐进入秋季。与果实膨大高峰期类似，油茶标准化产量对≥30 ℃热积温的敏感性大于对高温日数的敏感性。

2.3 油茶产量预测模型效果评价

根据上述结果，选用果实膨大高峰期和油脂转化期及果实膨大高峰期-油脂转化期≥30 ℃热积温、≥30 ℃高温日数建立油茶标准化产量预测模型(表4)，分析可知，在果实膨大高峰期-油脂转化期建立的回归模型拟合效果较好，Y=-0.024x1-0.012X2+1.611,R2=0.629，达到最优，根据方程可知，≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数与油茶标准化产量均呈负相关关系。

表4 不同物候期油茶标准化产量预测模型①Tab.4 Standardized yield prediction model of C. oleifera in different phenological periods

由图5可知，基于2014—2015年湖南省24个油茶种植区标准化产量进行检验时，拟合产量与实际产量相关性较好，其r=0.793 0, RMSE=0.775 3,P<0.05。因此，选用果实膨大高峰期-油脂转化期建立的预测模型，结合长期气象趋势，可进行当年或来年油茶产量预测。

图5 湖南省不同站点油茶实际产量与拟合产量Fig. 5 The actual yield and fitting yield of C. oleifera at different sites in Hunan Province

3 讨论

高温干旱是油茶林的主要灾害，油茶林生长初期，树龄越小，抗旱能力越弱，高温干旱灾害越严重。1年生新造油茶林平均死亡率达 52.5%，正常株仅13.4%，严重时林木全部死亡(陈永忠等， 2014)。本研究首次采用≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数作为关键气象因子指标对油茶关键生长时期(果实膨大高峰期、油脂转化期)的高温干旱灾害进行提前预测，通过统计分析，明确给出油茶果实膨大高峰期≥30 ℃热积温达到36.7 ℃或≥30 ℃高温日数达到26天，以及油脂转化期≥30 ℃热积温达到13.6 ℃或≥30 ℃高温日数达到10天，为高温干旱出现的阈值，可以指导油茶生产中采取相应抗旱措施，为稳产高产提供保障。

以往研究多采用油茶树外观形态和生理指标指示油茶干旱胁迫，如叶卷曲变褐、顶梢枯萎、老叶片脱落、枝条枯萎等(曹永庆等， 2014)； 成熟叶片变薄变小，气孔面积、气孔周长、气孔开度减小，主脉厚度增加等(曹林青等， 2018)； 果径、果高、果形指数和体积等参数变小等(王瑞辉等， 2014)。仅采用外观形态和生理指标指示干旱胁迫时，因油茶生长周期已基本完成，很难通过其他管理或补救措施避免油茶产量降低，因此，采用关键生长时期气象指标进行提前诊断，可提前做好灾害预防，以确保油茶产量形成。

高温干旱一直是影响南方油茶产量的关键因子，随着气候变暖，高温干旱出现频次逐年增加，7—9月是果实增长和油脂形成的关键时期，持续高温、干旱缺水会限制油茶果实生长和油脂转化，不利于果实形成或形成饱满果实，不利于优质丰产，含油量低、品质差(王瑞辉等， 2014)。在果实膨大高峰期和油脂转化期，随着≥30 ℃高温日数增加，油茶产量减少，在前人研究中也得到印证(蒋元华等， 2015)。

此外，以往国内学者大多选用油茶产量与整个物候期气象因子(气温、降水、日照时数)进行逐步相关分析，筛选相关因子建立油茶产量回归模型(彭嘉栋等， 2016)，结果发现大多数常规气象因子与油茶产量的相关性不强。本研究主要考虑油茶果实膨大高峰期和油脂转化期≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数作为油茶生长的胁迫气象因子，建立油茶产量预测模型，适用性较强，便于运用，可为油茶产量预测提供借鉴参考。随着不断增多的极端气候事件及其对油茶产量的影响，需要更加精细地预测油茶产量，这将成为油茶高产稳产的气象保障服务的重要内容，可有效提升油茶防灾减灾的科学性。

当前，人工管理和抚育对油茶产量有较大影响，因此油茶产量预测模型的准确度十分关键，多年生油茶产量与气候相关更为紧密。积温是某一时段内逐日平均气温之和，是反映作物发育对热量的要求和地区热量资源的评价指标，是影响植物生长的重要因素之一，本研究仅采用≥30 ℃热积温作为指标，考虑果实膨大高峰期和油脂转化期热害累积，如采用≥30 ℃小时当量热积温建立模型，或许更能反映出油茶生长受高温热害的强度，建立的预测模型更加趋于稳定和准确。

4 结论

果实膨大高峰期和油脂转化期是影响油茶产量和品质的关键时期，油茶产量与≥30 ℃热积温和≥30 ℃高温日数均呈显著负相关，表明这2个关键物候期的高温干旱会抑制果实生长，造成油茶产量减产。导致油茶产量低于多年均值的≥30 ℃热积温阈值在果实膨大高峰期为36.7 ℃，在油脂转化期为13.6 ℃，相应的≥30 ℃高温日数阈值为26天和10天，油茶减产对果实膨大高峰期≥30 ℃热积温最为敏感。利用果实膨大高峰期-油脂转化期的≥30 ℃热积温和高温日数气象指标可较好预测油茶产量，并及时发出高温干旱灾害预警，能够指导油茶种植区及时采取预防高温干旱灾害的管理措施，如人工降雨或灌溉补水，以确保油茶产量和经济效益。