邵陽縣油茶種植氣候適宜性評價(jià)

江滌非，郭海峰*，卿燃莉，李 矛，賈海鷹

(1.湖南省氣象服務(wù)中心，湖南 長沙 410118；2.氣象防災(zāi)減災(zāi)湖南省重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，湖南 長沙 410118；3.湖南省邵陽市氣象局，湖南 邵陽 422000)

油茶(CamelliaoleiferaAbel.)屬于山茶科山茶屬，為常綠小喬木或灌木，蟲媒異花授粉樹種，雙子葉植物[1]，是一種重要的食用油料經(jīng)濟(jì)作物，油茶茶籽所產(chǎn)出的茶油是一種高級(jí)食用油，品質(zhì)優(yōu)異，甚于橄欖油；其高不飽和脂肪酸含量和無膽固醇的特性，使得人們在食用時(shí)，不會(huì)引起高血壓、血栓、動(dòng)脈硬化等疾病[2-4]。油茶籽產(chǎn)出的茶油在作為優(yōu)質(zhì)食用油的同時(shí)，還可以作為化工醫(yī)藥、日用品等產(chǎn)業(yè)的生產(chǎn)原輔材料[5-6]。油茶在中國、馬來西亞、日本、泰國、緬甸、越南等國均有種植[7-8]。我國境內(nèi)，油茶主要分布于湘、粵、閩、桂、贛、川、貴、瓊等17個(gè)省(區(qū))山地丘陵帶，栽培歷史悠久[9]。

氣候條件是影響油茶種植的一個(gè)重要因素，在我國，各界學(xué)者針對氣候?qū)τ筒杞?jīng)濟(jì)性狀的影響，以及油茶種植氣候適宜性區(qū)劃已開展了大量的研究。2008年出版的《中國油茶》(第二版)從生態(tài)環(huán)境和氣候條件等方面著手，對全國油茶進(jìn)行了栽培區(qū)劃，將全國范圍內(nèi)的油茶林劃分為了3個(gè)帶、9個(gè)區(qū)，為后來各省、市、縣地區(qū)的油茶種植提供了重要的科學(xué)依據(jù)[10]。左繼林[11-12]、康志雄[13]等利用相關(guān)分析、灰色關(guān)聯(lián)分析等方法研究了氣溫、降水、光照等氣候因子對油茶產(chǎn)量、茶籽的出籽率、含油率的影響。作為油茶產(chǎn)區(qū)的我國廣西、福建、江西等省份，均開展了省域范圍內(nèi)的油茶氣候適宜性區(qū)劃和評價(jià)研究[14]。湖南省亦于2011年由陸魁東等[15]開展了全省范圍內(nèi)的油茶GIS精細(xì)化區(qū)劃，分辨率500 m×500 m；省內(nèi)尚未有關(guān)于市域、縣域范圍內(nèi)的油茶氣候適宜性區(qū)劃研究。目前，國內(nèi)的油茶氣候適宜性評價(jià)，多僅從氣候條件對油茶生長發(fā)育、茶籽品質(zhì)的影響方面開展研究，未結(jié)合立地條件對油茶種植的影響來進(jìn)行考慮。

湖南省邵陽縣屬典型的亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候，充足的光、熱、水資源能較好地滿足油茶生長發(fā)育的需求。根據(jù)邵陽縣油茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，至2025年，縣內(nèi)油茶林面積擬發(fā)展至5.3萬hm2。開展邵陽縣油茶種植氣候適宜性評價(jià)，對于邵陽縣充分利用氣候資源，合理布局油茶林，發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)具有重要的科學(xué)指導(dǎo)意義。

本研究根據(jù)邵陽縣的歷史氣候條件、立地條件與邵陽縣油茶生長發(fā)育之間的關(guān)系，確定邵陽縣油茶氣候區(qū)劃指標(biāo)和地形區(qū)劃指標(biāo)，在GIS平臺(tái)上對邵陽縣進(jìn)行油茶氣候適宜性區(qū)劃(分辨率90 m×90 m)，對邵陽縣境內(nèi)不同區(qū)域種植油茶的氣候適宜性進(jìn)行評價(jià)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

邵陽縣地處湖南省邵陽市南部，位于資江上游。所處經(jīng)緯度范圍為110°59′～110°40′ E， 26°40′～27°06′ N；屬丘陵盆地-山地過渡帶，地勢南高北低，中北部突起。氣候溫和濕潤，光能資源豐富，屬于中亞熱帶季風(fēng)濕潤氣候區(qū)，十分適合油茶生長發(fā)育。根據(jù)氣候統(tǒng)計(jì)，邵陽縣年均氣溫17.0 ℃，年均最高氣溫21.7 ℃，年均最低氣溫13.6 ℃。平均年降水量1290.6 mm，平均年日照時(shí)數(shù)為1486.2 h，平均每天日照時(shí)間4.1 h，年平均風(fēng)速1.3 m/s，年平均相對濕度為80.9%。溫度、降水量、日照、相對濕度均處在油茶生長發(fā)育最適宜或較為適宜的氣候條件范圍內(nèi)。邵陽縣河網(wǎng)密布，共有大小河流61條，主要有資水、夫夷水、赧水、檀江等。境內(nèi)地下水資源豐富，有地下河流50余條，泉點(diǎn)密布，遍布全縣各山崗谷地，為油茶的生長提供了充足的水分，對油茶生長十分有利。邵陽縣境內(nèi)有土地面積19.9萬hm2，土地類型多樣，土質(zhì)較好，屬于富硒區(qū)域，土層深厚肥沃，有機(jī)質(zhì)含量較高，理化性狀與養(yǎng)分狀況良好，pH值4.5～6.5，呈微酸性，非常適合油茶生長。

1.2 資料來源

本研究所用氣象資料為1985～2019年邵陽縣及其周邊10個(gè)國家地面氣象站點(diǎn)的逐日氣溫、降水、日照觀測數(shù)據(jù)，來源于湖南省氣象信息中心；所用地理信息數(shù)據(jù)(邵陽縣行政邊界、9 0m×90 m DEM)來源于國家基礎(chǔ)地理信息中心。

1.3 數(shù)據(jù)處理

本研究利用SPSS 17.0軟件進(jìn)行相關(guān)分析，逐步回歸分析；利用Matlab軟件進(jìn)行層次分析法權(quán)重分析；利用AcrGIS軟件提取邵陽縣坡度、坡向，制作適宜性區(qū)劃圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 邵陽縣油茶氣候區(qū)劃指標(biāo)

油茶較耐旱耐高溫，但適宜的光、溫、水條件仍是油茶豐產(chǎn)的基礎(chǔ)之一。油茶喜高溫，懼低溫，要求一定的熱量條件。熱量條件對油茶的地理分布影響較大。一般來說，要求年平均氣溫14～21 ℃，最適宜氣溫19～21 ℃，≥10 ℃的年活動(dòng)積溫在4000～7000 ℃·d之間，最適宜的范圍為5000～6500 ℃·d；7月花芽分化期，要求月平均氣溫不得超過31 ℃，過高的氣溫將導(dǎo)致花芽分化受阻，最終影響茶樹產(chǎn)果結(jié)籽；冬季，油茶幼果易遭受低溫凍害，要求1月平均氣溫在5～12 ℃之間。油茶喜濕潤氣候，8～9月是果實(shí)內(nèi)油脂形成和鮮果膨大的關(guān)鍵期，降雨量的適宜范圍為220～380 mm。11月為油茶盛花期，降水量過多易致使油茶落花，不利于油茶結(jié)果，11月降水量一般要求70～90 mm，最適宜降水量≤70 mm。油茶喜光，較長時(shí)間的日照條件能夠促進(jìn)油茶的光合作用，增加有機(jī)物的積累，保證其正常的生長生殖和發(fā)育。在年日照時(shí)數(shù)不足的地區(qū)，大部分的油茶品種表現(xiàn)為長勢較弱、結(jié)果數(shù)少、果實(shí)較小。反之，在光照充足的地區(qū)所生長的油茶品種則呈現(xiàn)出一種植株生長茂盛、果實(shí)繁多、茶籽含油率高、品質(zhì)好的現(xiàn)象。光照對油茶生長發(fā)育的影響至關(guān)重要，要求年日照時(shí)數(shù)1200～1400 h，最適宜年日照時(shí)數(shù)≥1400 h[10,16-20]。

綜上所述，本研究選取年平均氣溫、1月平均氣溫、7月平均氣溫、≥10 ℃積溫、8～9月降水量、11月降水量、年日照時(shí)數(shù)共計(jì)7個(gè)氣候因子作為本次邵陽縣油茶氣候適宜性區(qū)劃和評價(jià)的氣候區(qū)劃指標(biāo)。

表1 邵陽縣油茶氣候區(qū)劃指標(biāo)

2.2 邵陽縣油茶地形區(qū)劃指標(biāo)

油茶一般都種植在丘陵山地，立地條件是影響油茶生產(chǎn)的主要因素之一。影響油茶產(chǎn)量和品質(zhì)的主要立地條件包括坡向和坡度。在山坡地，坡向不同，小氣候條件也有所差異，不同的小氣候條件是導(dǎo)致不同坡向上油茶產(chǎn)量和品質(zhì)不同的重要因素之一。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在我國南方大部分地區(qū)，南坡和東坡由于有較好的光照和較大的晝夜溫差，更有利于油茶植株的生長、花芽分化、花果形成與營養(yǎng)累積，較西坡和北坡，油茶的經(jīng)濟(jì)性狀更佳[21]。坡度對于油茶植株的生長以及果實(shí)的品質(zhì)也存在較大影響。浙江省亞熱帶植物研究所的曾愛平等人曾做過相關(guān)實(shí)驗(yàn)，以研究坡度對油茶生長發(fā)育的影響，結(jié)果表明：隨著坡度由陡變緩，油茶樹的樹高、冠幅、葉面積、單株產(chǎn)果量均逐漸增大[22]。因此，本研究選取坡向和坡度作為邵陽縣油茶氣候適宜性區(qū)劃及評價(jià)的地形區(qū)劃指標(biāo)。

表2 邵陽縣油茶地形區(qū)劃指標(biāo)

2.3 氣候指標(biāo)小網(wǎng)格推算與區(qū)劃圖制作

本研究利用邵陽縣及其周邊縣市區(qū)共計(jì)10個(gè)氣象站點(diǎn)的1985～2019氣候資料以及地理信息數(shù)據(jù)(經(jīng)緯度、海拔)，采用逐步回歸的方法，分別構(gòu)建氣候區(qū)劃指標(biāo)與緯度、經(jīng)度、海拔的氣候區(qū)劃模型，模型如下：

Y=f(W,J,H)

(1)

式(1)中：Y代表氣候區(qū)劃指標(biāo)，W代表緯度，J代表經(jīng)度，H代表海拔高度。通過逐步回歸構(gòu)建的7個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)的空間分析模型。各模型的R2在0.53～0.85之間，F(xiàn)值在34.75～178.52之間。均通過了顯著性檢驗(yàn)(表3)。

將90 m×90 m的邵陽縣經(jīng)度、緯度、海拔高度柵格圖層代入表3的氣候區(qū)劃模型中，推算出上述7個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)在邵陽縣的空間分布情況(90 m×90 m)。

表3 邵陽縣油茶氣候區(qū)劃指標(biāo)空間分析模型

2.4 地形指標(biāo)小網(wǎng)格區(qū)劃圖制作

從90 m×90 m DEM中提取邵陽縣坡向和坡度，得到邵陽縣境內(nèi)坡向和坡度的空間分布示意圖(圖1)。根據(jù)前述分析可知，南坡為最適宜區(qū)，東坡為適宜區(qū)，西坡為次適宜區(qū)，北坡為不適宜區(qū)。全縣境內(nèi)大部分區(qū)域坡度較小，適宜區(qū)和最適宜區(qū)面積較大。

2.5 區(qū)劃權(quán)重的確定

層次分析法是將與決策有關(guān)的元素分解成目標(biāo)、準(zhǔn)則、方案等層次，在此基礎(chǔ)之上進(jìn)行定性和定量分析的決策方法，可以較好地進(jìn)行決策權(quán)重分析[23]。本研究利用層次分析法來確定氣候區(qū)劃指標(biāo)(年平均氣溫、1月平均氣溫、7月平均氣溫、≥10 ℃的年活動(dòng)積溫、8～9月降水量、11月降水量、年日照時(shí)數(shù))以及地形區(qū)劃指標(biāo)(坡向、坡度)的權(quán)重。利用Matlab軟件，經(jīng)層次分析得到各項(xiàng)因子的權(quán)重，具體見表4。

2.6 邵陽縣油茶氣候適宜性區(qū)劃圖的制作

得到7項(xiàng)氣候區(qū)劃指標(biāo)和2項(xiàng)地形區(qū)劃指標(biāo)的空間分布圖后，在GIS中將上述9個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的空間分布柵格圖層進(jìn)行重分類，按照不適宜區(qū)、次適宜區(qū)、適宜區(qū)、最適宜區(qū)分別賦值為1、2、3、4。將重新賦值后的9個(gè)區(qū)劃指標(biāo)的柵格圖層依據(jù)表4中的權(quán)重進(jìn)行疊加，得到最終的邵陽縣油茶氣候適宜性區(qū)劃圖。綜合評判值的計(jì)算公式如下：

(2)

式(2)中,S為綜合評判值，Wi為第i個(gè)區(qū)劃因子的權(quán)重，Ui為第i個(gè)區(qū)劃因子的重分類值(1～4),i=1,2,3,…,9。計(jì)算后得到的綜合評判值S是在0～4之間的值。根據(jù)自然斷點(diǎn)，將S值在1.9～2.2、2.2～3.1、3.1～3.5、3.5～3.8范圍內(nèi)的區(qū)域依次劃分為不適宜區(qū)、次適宜區(qū)、適宜區(qū)、最適宜區(qū)，得到最終的邵陽縣油茶氣候適宜性區(qū)劃圖(圖2)。

2.7 油茶種植氣候適宜性評價(jià)

2.7.1 不適宜區(qū) 不適宜區(qū)為綜合評判值在1.92～2.2之間的區(qū)域，由圖2可以看出，邵陽縣境內(nèi)的不適宜區(qū)面積很小，主要分布在河伯鄉(xiāng)最南端。根據(jù)GIS中的區(qū)劃統(tǒng)計(jì)，該類區(qū)域占整個(gè)邵陽縣總面積的0.06%，約1.19 km2。這些區(qū)域由于較高的海拔，熱量和光照資源較為缺乏，且坡度較大，其小氣候條件不適宜油茶生長發(fā)育, 不應(yīng)在此類區(qū)域開展油茶種植和發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)。

2.7.2 次適宜區(qū) 次適宜區(qū)為綜合評判值在2.2～3.1之間的區(qū)域, 根據(jù)區(qū)劃統(tǒng)計(jì)，次適宜區(qū)占整個(gè)研究區(qū)域(邵陽縣)總面積的7.79%，約155.49 km2。在邵陽縣境內(nèi)，次適宜的分布區(qū)域有兩個(gè)明顯的特征。首先，在河伯鄉(xiāng)的南部和東南部、五峰鋪林場等區(qū)域，這些地區(qū)由于其較高的海拔，較缺乏的熱量條件、光照條件，導(dǎo)致其較不適宜油茶的種植；此外，谷洲鎮(zhèn)的北部和西部以及境內(nèi)主要水系沿線等區(qū)域，也屬于次適宜區(qū)，該類地區(qū)主要是由于7月平均氣溫過高，導(dǎo)致油茶的花芽分化受到一些高溫的不利影響，致使油茶減產(chǎn)。上述區(qū)域氣候條件相對不適宜區(qū)較好，但仍不是大力發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)的理想地。除氣候條件較不理想外，部分次適宜區(qū)存在其他方面優(yōu)勢，例如，灌溉條件優(yōu)異等。在次適宜區(qū)內(nèi)種植油茶，若要保證其長勢良好、產(chǎn)量穩(wěn)定，產(chǎn)出茶籽品質(zhì)高，需在各關(guān)鍵生育期采取相關(guān)的保溫、降溫、增光等措施。

2.7.3 適宜區(qū) 適宜區(qū)為綜合評判值在3.1～3.5之間的區(qū)域，適宜區(qū)分布范圍較廣，根據(jù)區(qū)劃統(tǒng)計(jì)，邵陽縣境內(nèi)適宜區(qū)占縣域總面積的56.38%，約1125.34 km2，縣域內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有適宜區(qū)分布。適宜區(qū)氣候條件優(yōu)越，冬季較暖，適宜油茶越冬，夏季在保證充足熱量條件的同時(shí)，不至于氣溫過高致使油茶遭遇高溫?zé)岷Γ还庹粘渥?，擁有較好的水分條件；11月盛花期降水量適中，不易導(dǎo)致落花。在適宜區(qū)內(nèi)可大范圍開展油茶種植和發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)。

2.7.4 最適宜區(qū) 最適宜區(qū)為綜合評判值在3.5～3.8之間的區(qū)域，邵陽縣境內(nèi)，最適宜區(qū)范圍較大，占全縣總面積的35.77%，約713.98 km2。根據(jù)圖3，邵陽縣境內(nèi)各鄉(xiāng)鎮(zhèn)均有最適宜區(qū)分布。最適宜區(qū)為油茶生長發(fā)育的氣候最優(yōu)區(qū)，擁有充足且適宜的光照、水分及熱量條件，地形條件優(yōu)越，相較于縣域內(nèi)其他區(qū)域，應(yīng)優(yōu)先選擇最適宜區(qū)發(fā)展油茶種植基地，開展大規(guī)模的油茶種植，推動(dòng)邵陽縣油茶產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。

3 討論與結(jié)論

本研究利用邵陽縣及其周邊10個(gè)國家地面氣象觀測站1985～2019年的逐日氣溫、降水、日照資料，分析了氣候條件、立地條件對于油茶種植、生長發(fā)育、產(chǎn)量品質(zhì)的影響，選取了年平均氣溫、1月平均氣溫、7月平均氣溫、≥10 ℃的年活動(dòng)積溫、8～9月降水量、11月降水量、年日照時(shí)數(shù)7個(gè)氣候因子作為氣候區(qū)劃指標(biāo)，選取坡向和坡度兩個(gè)地形因子作為地形區(qū)劃指標(biāo)。通過層次分析法，得到了上述7個(gè)氣候區(qū)劃指標(biāo)和2個(gè)地形區(qū)劃指標(biāo)的權(quán)重。并在此權(quán)重基礎(chǔ)上對邵陽縣油茶的氣候適宜性進(jìn)行了區(qū)劃。區(qū)劃結(jié)果與邵陽縣油茶種植的實(shí)際情況較為相符，現(xiàn)狀油茶種植面積較大的小溪市鄉(xiāng)、黃亭市鎮(zhèn)、長樂鄉(xiāng)、蔡橋鄉(xiāng)、金稱市鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)區(qū)域大部分為適宜區(qū)和最適宜區(qū)；種植面積較小的谷洲鎮(zhèn)、河伯鄉(xiāng)、五峰鋪林場等地，次適宜區(qū)和不適宜區(qū)的面積相對較大。當(dāng)?shù)乜稍谶m宜區(qū)以及最適宜區(qū)內(nèi)充分挖掘當(dāng)?shù)鬲?dú)特的氣候優(yōu)勢，合理利用和保護(hù)氣候資源，充分開展油茶種植，發(fā)展油茶產(chǎn)業(yè)。

影響油茶生長發(fā)育的各要素中，氣候條件是主導(dǎo)，立地條件、土壤條件、水文條件、植被條件等其他生態(tài)因子也是與油茶種植密不可分的[24-26]。本研究僅考慮了氣候條件、立地條件對油茶種植的影響，有待于在今后的研究中進(jìn)一步補(bǔ)充和完善。