關(guān)鍵氣候因子與油茶油酸含量的相關(guān)性

蔣元華，廖玉芳，彭嘉棟，黃 超

(1.湖南省氣候中心，湖南 長(zhǎng)沙 410008；2.湖南省氣象科學(xué)研究所，湖南 長(zhǎng)沙 410008)

油茶是我國(guó)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(yōu)質(zhì)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(dá)80%左右，營(yíng)養(yǎng)豐富，熱穩(wěn)定性好，烹調(diào)不易氧化，有益于人體健康[1]，素有“東方橄欖油”美譽(yù)[2]。油茶廣泛分布于我國(guó)亞熱帶丘陵山區(qū)，主產(chǎn)于湖南、江西、廣西、福建、浙江和廣東等省(區(qū))。目前，我國(guó)油茶面積約367萬(wàn)hm2，油茶籽年產(chǎn)量180萬(wàn)t左右，年產(chǎn)茶油約45萬(wàn)t。其中，湖南油茶種植面積、茶油產(chǎn)量和產(chǎn)值均居全國(guó)首位[3]。蔣元華等[4-12]報(bào)道，氣候條件通過(guò)對(duì)油茶關(guān)鍵物候期產(chǎn)生影響從而影響油茶果的產(chǎn)量及含油率。但有關(guān)氣候條件對(duì)油茶油酸影響方面的研究相對(duì)較少，國(guó)內(nèi)除李大明等[13]對(duì)廣西、廣東和湖南等14個(gè)不同產(chǎn)地的普通油茶籽油品質(zhì)與外界生態(tài)因子進(jìn)行了相關(guān)性研究，揭示了不飽和脂肪酸含量與緯度呈明顯的正相關(guān)。張乃燕等[14]利用廣西多地油茶種仁數(shù)據(jù)分析主要地理及氣候因子對(duì)油茶脂肪酸影響發(fā)現(xiàn)，年均溫度升高會(huì)導(dǎo)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(huì)導(dǎo)致亞油酸含量的降低。為進(jìn)一步完善關(guān)鍵氣候因子對(duì)油茶油酸含量及品質(zhì)的相關(guān)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(duì)油酸的影響，以期為油茶生產(chǎn)應(yīng)用提供科學(xué)依據(jù)。

1 資料與方法

1.1 數(shù)據(jù)來(lái)源

1.1.1 氣候因子 湖南省97個(gè)地面氣象觀測(cè)站逐年觀測(cè)數(shù)據(jù)，包括氣溫、降水、光照、濕度和地溫等氣象要素，以及天氣現(xiàn)象等42種氣候因子(表1)，來(lái)源于國(guó)家氣象科學(xué)數(shù)據(jù)共享服務(wù)平臺(tái)。

表1 氣候因子名稱及代碼

1.1.2 油茶油酸樣本數(shù)據(jù) 油茶油酸樣本數(shù)據(jù)共計(jì)36個(gè)，湖南省林業(yè)科學(xué)院提供。將油茶油酸形成階段劃分為果實(shí)第一次膨大期、果實(shí)膨大高峰期、油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期、果實(shí)成熟期、采后處理期和全年，及其各階段的關(guān)鍵時(shí)期，共10個(gè)時(shí)間段(表2)。根據(jù)42類氣候因子與油茶油酸形成期有關(guān)的10個(gè)時(shí)間段，共組合成420項(xiàng)氣候因子指標(biāo)，例如TMAxim_2表示時(shí)間段編碼為2的物候期的極端最高氣溫，即果實(shí)第一次膨大期關(guān)鍵期的極端最高氣溫(下同)。

表2 油茶各物候期時(shí)間段

1.2 研究方法

1.2.1 相關(guān)分析 相關(guān)分析是研究各要素之間是否存在某種依存關(guān)系，并對(duì)具體有依存關(guān)系的現(xiàn)象探討其相關(guān)方向以及相關(guān)程度，是研究隨機(jī)變量之間的相關(guān)關(guān)系的一種統(tǒng)計(jì)方法。根據(jù)420項(xiàng)氣候因子指標(biāo)，分別計(jì)算其與油酸的相關(guān)系數(shù)。

1.2.2 油茶油酸與氣候因子關(guān)系模型的構(gòu)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(yōu)回歸方程對(duì)因變量進(jìn)行模擬和預(yù)報(bào)，可以使回歸方程中包含所有對(duì)因變量影響顯著的自變量，而剔除其對(duì)因變量影響不顯著的自變量，從而達(dá)到從眾多氣候因子中篩選出對(duì)油茶油酸影響最為顯著的氣候因子，研究基于420項(xiàng)氣候因子數(shù)據(jù)，利用逐步回歸分別構(gòu)建不同階段油茶油酸與氣候因子的關(guān)系模型。

2 結(jié)果與分析

2.1 油酸與氣候因子的相關(guān)性

從表3可知，在不同階段與油酸的相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)的氣候因子及相關(guān)系數(shù)中，果實(shí)第一次膨大期的氣候因子為TMAxim_2、suaccu_2、rhmean_2和sncont_2，相關(guān)系數(shù)分別為0.489、0.355、-0.329和-0.327；果實(shí)膨大高峰期有8個(gè)氣候因子，相關(guān)系數(shù)為-0.346～0.356；油脂轉(zhuǎn)化及積累高峰期的氣候因子為TMInim_5和TMInim_6，相關(guān)系數(shù)分別為-0.367和-0.367；果實(shí)成熟期和采后處理期各有4個(gè)氣候因子，全年有2個(gè)氣候因子。

從圖1看出，油茶品質(zhì)形成期各階段與油酸相關(guān)性最高的6個(gè)氣候因子中，正相關(guān)因子分別為果實(shí)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(shù)、果實(shí)膨大高峰期的極端最高氣溫和全年的日最高氣溫≥39℃日數(shù)，相關(guān)系數(shù)分別為0.489、0.429、0.400和0.346；負(fù)相關(guān)因子分別為油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期的極端最低氣溫和果實(shí)成熟期的大雨以上降水日數(shù)，相關(guān)系數(shù)分別為-0.367和-0.399。從圖2可知，油茶各階段與油酸相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)的氣候因子占該階段總指標(biāo)數(shù)比例，以果實(shí)膨大高峰期和采后處理期占比最高，均為9.5%。其中，果實(shí)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(shí)第一次膨大期、果實(shí)成熟期和全年，均占4.8%。其中，果實(shí)第一次膨大期的溫度類因子占25%，水分類因子占25%；果實(shí)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(zhuǎn)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(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)的氣候因子

注：**和*分別表示無(wú)指標(biāo)和數(shù)據(jù)，下同。

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

圖1 油茶品質(zhì)形成期各階段與油酸相關(guān)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(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)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(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)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(shí)膨大高峰期的相關(guān)系數(shù)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(shù)和有日照天數(shù)。其中，氣溫類因子占80%，無(wú)水分類因子入選。果實(shí)第一次膨大期的相關(guān)系數(shù)排前4位的氣候因子分別為極端最高氣溫、日照時(shí)數(shù)、平均相對(duì)濕度和最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)日照天數(shù)。其中，氣溫類因子占25%，水分類因子占25%。采后處理期的相關(guān)系數(shù)排前3位的氣候因子分別為大雨以上降水日數(shù)、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(shí)成熟期的相關(guān)系數(shù)排前4位的氣候因子分別為大雨以上降水日數(shù)、氣溫日較差、日照時(shí)數(shù)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(guān)系數(shù)排前2位的氣候因子分別為日最高氣溫≥39℃的天數(shù)和極端最低氣溫，均為氣溫類因子。油脂轉(zhuǎn)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(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)排位前5的氣候因子

2.2 油茶油酸與氣候因子的關(guān)系模型

從表5可知，基于420項(xiàng)氣候因子構(gòu)建的油茶油酸模型的平均絕對(duì)誤差最小，模型入選因子分別為果實(shí)第一次膨大期的極端最高氣溫和中雨以上降水日數(shù)，果實(shí)成熟期的平均最小相對(duì)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(zhì)形成各階段中，基于果實(shí)第一次膨大期和全年氣候因子構(gòu)建的含油率模型平均絕對(duì)誤差最小，分別為2.457和2.55。果實(shí)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(shù)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(shù)、日最低氣溫≤-4℃的日數(shù)、中雨以上降水日數(shù)和最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)雨日數(shù)，其中，溫度類因子占50%，水分類因子占50%?；诓珊筇幚砥?、果實(shí)膨大高峰期和油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期氣候因子構(gòu)建的含油率模型精度較好，平均絕對(duì)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(shù)、日照時(shí)數(shù)和平均氣溫日較差。其中，溫度類因子占67%，無(wú)水分類因子入選。果實(shí)膨大高峰期入選模型的因子分別為極端最高氣溫、最長(zhǎng)連續(xù)無(wú)雨日數(shù)和最長(zhǎng)連續(xù)降水日數(shù)。其中，溫度類因子占33%，水分類因子占67%。油脂轉(zhuǎn)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(shù)和最長(zhǎng)連續(xù)日照天數(shù)，其中，溫度類因子占33%，水分類因子占33%?；诠麑?shí)成熟期的氣候因子構(gòu)建的含油率模型精度最小，平均絕對(duì)誤差為5.694，入選因子為大雨以上降水日數(shù)，全為水分類因子。

從圖3看出，以420項(xiàng)氣候因子為變量構(gòu)建的油茶油酸模型平均絕對(duì)誤差最小。模型能很好地模擬出油酸的變化趨勢(shì)，油酸的實(shí)測(cè)平均值為77.1，模擬平均值也為77.1。通過(guò)分析實(shí)測(cè)值和模擬值偏離平均值的趨勢(shì)準(zhǔn)確率，得出模擬的趨勢(shì)準(zhǔn)確率為75%。

表5 基于逐步回歸方法構(gòu)建的油茶油酸與氣候因子關(guān)系模型

圖3 420項(xiàng)氣候因子構(gòu)建的油茶油酸模型

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

2.3 關(guān)鍵物候期氣候因子與鮮果含油率的相關(guān)性

綜合相關(guān)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(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)占比依次為果實(shí)膨大高峰期=采后處理期>果實(shí)第一次膨大期>果實(shí)成熟期=全年>油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期。各物候期氣候因子與油酸相關(guān)系數(shù)大于0.3且排前5位的為果實(shí)膨大高峰期>果實(shí)第一次膨大期>采后處理期>果實(shí)成熟期>全年>油脂轉(zhuǎn)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(zhǔn)確率依次為果實(shí)第一次膨大期>全年>采后處理期>果實(shí)膨大高峰期>油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期>果實(shí)成熟期。根據(jù)這3類標(biāo)準(zhǔn)，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(duì)油酸影響程度依次為果實(shí)第一次膨大期=果實(shí)膨大高峰期>采后處理期>全年>果實(shí)成熟期>油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期。據(jù)此，確定果實(shí)第一次膨大期和果實(shí)膨大高峰期是影響油茶油酸的關(guān)鍵物候期，而油脂轉(zhuǎn)化/積累高峰期對(duì)油酸影響較小。

果實(shí)第一次膨大期的極端最高氣溫、日照時(shí)數(shù)和平均相對(duì)濕度是影響油茶油酸的關(guān)鍵氣象因子。其中油酸與極端最高氣溫和日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與平均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。表明，果實(shí)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(shí)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(guān)鍵氣象因子，且均與油酸含量呈正相關(guān)。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(jié)論與討論

基于油茶各物候期氣候因子與油酸數(shù)據(jù)，利用相關(guān)分析和不同物候期氣候條件與油酸的關(guān)系模型分析發(fā)現(xiàn)，在420項(xiàng)氣候因子與油酸的相關(guān)系數(shù)通過(guò)0.05信度檢驗(yàn)的因子中，溫度類氣候因子占比最高。基于420項(xiàng)氣候因子構(gòu)建的油茶油酸的模型平均絕對(duì)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(guān)系數(shù)通過(guò)0.05置信度檢驗(yàn)的比例和模型精度得出，果實(shí)第一次膨大期和果實(shí)膨大高峰期是影響油茶油酸的關(guān)鍵物候期，而油脂轉(zhuǎn)化和積累高峰期對(duì)油酸影響較小。果實(shí)第一次膨大期的極端最高氣溫、日照時(shí)數(shù)和平均相對(duì)濕度是影響油茶油酸的關(guān)鍵氣象因子，其中，油酸與極端最高氣溫和日照時(shí)數(shù)呈顯著正相關(guān)，與平均相對(duì)濕度呈負(fù)相關(guān)。果實(shí)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(guān)鍵氣象因子，且均與油酸含量呈正相關(guān)。

油茶籽油酸含量在受品種自身遺傳控制的同時(shí)，一定程度上受到栽培區(qū)域的生態(tài)因子，特別是氣候因子的影響[14]。但關(guān)于不同栽培區(qū)域的氣候條件對(duì)油茶籽油脂肪酸含量影響的研究相對(duì)較少，相關(guān)研究表明，油茶籽的粗脂肪含量與地理緯度均呈顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系，油酸與粗脂肪含量呈極顯著正相關(guān)關(guān)系[15]，雖然地理緯度與溫度、降水分布密切相關(guān)，但并沒有挖掘出具體的關(guān)鍵氣候因子對(duì)油酸含量的影響。在充分考慮氣候條件對(duì)油茶籽油脂肪酸組成的影響規(guī)律的基礎(chǔ)上，通過(guò)各物候期時(shí)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(guān)鍵物候期時(shí)段及關(guān)鍵氣候因子，可為油茶種植資源的合理優(yōu)化提供依據(jù)。但關(guān)于油茶油酸與關(guān)鍵氣候因子的互作機(jī)理還有待進(jìn)一步深入研究。