不同油茶品种对重庆市气候的适应性评价

黄志伟 曹剑 柏玉平

摘要：【目的】评价不同油茶品种对重庆市不同区（县）气候因子的适应性，为重庆市油茶引种、栽培提供参考依据。【方法】对我国29个油茶主栽区（县）和12个国家油茶良种基地的年均气温、极端最高温等11个气候指标进行主成分分析和聚类分析，筛选出影响油茶生产的主要气候因子；利用模糊理论中的隶属函数方法，计算重庆市31个区（县）栽培油茶的气候适应性指数，进而对重庆市油茶栽培区进行区划。【结果】影响重庆市油茶栽培的最重要气候因子为热量因子，即年均气温、11～12月平均气温、无霜期、最冷月平均气温、≥10 ℃有效积温和极端最低温；其次为日照时数、年降水量、最热月平均气温等水分和光照因子。对重庆市的气候适应性评价结果表明，重庆市大部分区（县）油茶栽培的气候适应性指数（CAI）与油茶最适区基本一致，均大于0.80。【结论】重庆市大部分区（县）气候条件适合油茶生长，建议从相似性总分值小于1.50且热量、降雨和光照条件较一致的贵州天柱、湖南长沙、浏阳及江西分宜等地区引种。

关键词： 油茶；气候适应性；栽培区划；重庆

中图分类号： S794.4 文献标志码：A 文章编号：2095-1191（2016）08-1338-06

Abstract：【Objective】Adaptability of different Camellia oleifera Abel. varieties to climatic factors in different districts（counties） of Chongqing were evaluated， in order to provide reference for introduction and cultivation of C. oleifera in Chongqing. 【Method】Based on principal component analysis and cluster analysis of 11 climatic indexs（including annual average temperature and extreme high temperature etc.） in 29 C. oleifera main growing areas of China and C. oleifera improved seed bases of 12 countries were analysed， the main climate factors affecting the C. oleifera production were screened out. Then the climate adaptability index（CAI） of 31 districts（counties） of Chongqing were calculated by membership function method in the fuzzy theory， and the cultivating region of C. oleifera were regionalized. 【Result】The results showed that， the most important climatic factors affecting cultivation of C. oleifera were heat factors viz.， mean annual temperature， mean temperature of November and December， frost-free period， mean temperature of the coldest month， ≥10 ℃ accumulated temperature and extreme minimum temperature）， followed by moisture and sunshine factors（sunshine time， annual precipitation and mean temperature of the hottest month）. The adaptability evaluation results that， CAI of most districts（counties） in Chongqing was basically in accordance with that of the most suitable cultivation area， which was more than 0.80. 【Conclusion】The climatic conditions of most districts（counties） in Chongqing were suitable for growth of C. oleifera. C. oleifera varieties should be introduced from Tianzhu of Guizhou， Changsha and Liuyang of Hunan and Fenyi of Jiangxi because these regions have similarity scores of less than 1.50， and consistency of heat， rain and light conditions with Chongqing.

Key words： Camellia oleifera Abel.； climate adaptability index； cultivation regionalization； Chongqing

0 引言

【研究意義】油茶（Camellia oleifera Abel.）隶属于山茶科山茶属，是我国特有的木本食用油料植物，在南方18个省（区）1100多个县（市）均有广泛栽培（陈永忠，2008）。我国油茶栽培种有13种，优良无性系、优良家系、杂交组合及优良农家品种达280多个（庄瑞林等，2008），通过国家审定的油茶良种多数仅适合我国亚热带地区种植（杨伟波等，2012）。重庆市油茶主要分布在三峡库区及渝东南部分区（县），历史上栽培品种多为衡东大桃、巴陵籽等，为普通油茶的农家良种类型，品种单一、退化快、适生区域窄。从2009年开始，重庆市林业科学院从江西、浙江、广西及湖南等省（区）引进了28个优良无性系，在秀山县梅江镇开展品比试验，筛选出适合当地且早期性状表现较好的8个适生品种（彭秀等，2013），而重庆市其他区（县）的油茶栽培仍处于试种筛选阶段，引种缺乏有效的理论指导。因此，分析评价全国油茶重要产区及重庆市油茶栽培区（县）的气候适应性，对重庆市科学引种油茶、合理布局油茶产业具有重要意义。【前人研究进展】利用主成分分析和聚类分析方法进行种质资源及性状评价有较多报道（李林轩等，2014；王玉胜等，2014；李飞等，2015；刘炳清等，2015；宋军生等，2015；孙亚强等，2015），在油茶气候区划、引种方面的应用也有一些报道。吴明作等（2007）应用相似距离理论分析油茶与适生地的相似距离，并结合积温、日照、无霜期等因子确定了油茶在河南省的气候适宜种植区。左继林等（2010）使用典型相关分析方法分析了油茶与气象因子的相关性，为开展油茶经济性状与气候因子关系研究提供了有力手段。陆魁东等（2011）、王莹等（2013）采用GIS技术和专家打分法，分别对湖南和广西油茶气候区适宜度进行了评价，获得了两地的气候适宜度区划指标。【本研究切入点】目前，针对重庆市油茶引种试验方面的研究较多，但有关栽培适应性气候区划分的研究尚未开展，致使许多区（县）引种不成功。【拟解决的关键问题】应用主成分分析和聚类分析法，分析影响油茶生长的主要气候因子，利用模糊理论中的隶属函数计算法计算全国油茶主产区及重庆市各区（县）油茶栽培的气候适应性指数，并对重庆市油茶栽培区进行区划，为重庆市油茶引种、栽培提供科学依据。

1 材料与方法

1. 1 研究区概况

重庆市地处长江上游，位于东经105°11′～110°11′、北纬28°10′～32°13′，辖23个区、11个县和4个自治县，属亚热带季风气候，年均气温14～18 ℃，最热月平均气温26～29 ℃，最冷月平均气温2～8 ℃，气温呈现从西部河谷及沿江地带向东北部、东南部递减的变化趋势。区域内年均降水量1000～1350 mm，集中在5～9月；≥10 ℃有效积温多数地区在5500～5900 ℃，开县、云阳县等低海拔地区积温在6000 ℃以上，城口、酉阳、黔江等地积温为4200～4800 ℃；年日照时数仅1000～1400 h，为全国年日照时数最少的地区之一；无霜期长，多数地区在325～345 d。从气候条件看，重庆市大部分地区能满足油茶生长要求。

1. 2 研究方法

1. 2. 1 油茶生境气候资料收集与整理 从《全国油茶产业发展规划（2009～2020年）》中选取最适宜发展油茶的8个省（区）共29个油茶主栽区（县）和12个国家油茶良种基地所在区（县）进行油茶栽培气候因子分析；根据过往的相关研究结果，初步选择各地的年平均气温、最热月平均气温、极端最高温、最冷月平均气温、极端最低温、≥10 ℃有效积温、10～12月平均气温、年无霜期、8～9月降水量、年平均降水量、年平均日照时数等11个指标数据进行分析评价，相关数据源于文献和当地气象资料。将筛选出的气候因子与重庆市31个区（县）气候因子进行比较分析，最终确定重庆市油茶适生区域。

1. 2. 2 气候适应性评价方法 气候因子指标筛选：利用因子分析对影响油茶生长的11个气候因子进行KMO（Kaiser-Meyer-Olkin）检验，当KMO大于0.70时，方可判定数据可采用主成分分析；利用主成分分析将11个气候因子进行分类、简化，得到影响油茶生长的主要气候分量，找出影响油茶生长的限制性气候因子。

气候适应性指数（Climate adaptability index，CAI）计算：参考许自成等（2008）的方法，利用模糊理论中的隶属函数计算法分析气候适应性。首先，根据主成分分析得到前4个主成分相关矩阵的特征向量，计算各气候因子的权重系数。其次，利用隶属度函数计算式，分别计算各因子的隶属度值，再计算CAI，CAI=隶属度值×权重系数。再次，根据计算出的CAI，结合气候因子，利用聚类分析法，对重庆市31个区（县）进行油茶栽培区划。

适宜引种区选择：应用欧式距离系数对不同油茶栽培地区的气候条件进行相似性分析，表达式为：

Dij=■

式中，Dij为i、j两地间的修改欧式距离，X′■■和X′■分别为第i和第j点第k种要素标准化后的数值，m为11。以Dij>2.0为不相似，1.51. 3 统计分析

获得的指标数据采用Excel 2010和SPSS 19.0进行统计分析。

2 结果与分析

2. 1 油茶栽培的气候适应性分析结果

对我国29个油茶主栽区（县）和12个国家油茶良种基地的11个气候因子进行主成分分析，结果（表1）表明，前3个主分量的特征根均大于1.00，累积贡献率达74.72%，代表了原始数据的大部分信息。由于累积贡献率未达到80.00%，故再选择第四主分量，使累积贡献率超过80.00%。在这4个分量中，对第一主分量影响较大的指标有年平均气温、11～12月平均气温、无霜期、最冷月平均气温、≥10 ℃有效积温和极端最低温，说明影响油茶生长发育、完成生命周期的主导因子是热量因子。其中，以年平均气温、11～12月平均气温影响最大。对第二主分量影响较大的指标有最热月平均气温、年均降水量和极端最高温，主要反映水分条件。第三、四主分量主要反映光照强度和极端气温对油茶生长的影响，是对前两个主分量的补充。总体来看，影响油茶生长的主要气候因子依次为热量、水分和光照。

2. 2 油茶最適栽培区的气候适应性评价结果

2. 2. 1 气候因子权重系数的确定 由表2可知，年均气温、8～9月降水量、年平均降水量、10～12月平均气温的权重系数（0.13～0.14）最大，是衡量气候适应性最重要的指标，说明油茶对温度和水分的要求较高，特别是8、9月为油茶果实旺盛生长期和雌雄蕊成熟期，对水分条件的需求较高；而10～12月为花期，对温度的要求更严格。结合重庆区域特点看，8、9月的干旱对油茶生长影响较大。最冷月平均气温、最热月平均气温及≥10 ℃有效积温3个指标的权重系数为0.11～0.13，可作为油茶引种栽培的重要参考气候因子，其中，极端温度及≥10 ℃有效积温主要影响油茶花芽分化和春梢萌动。这3个指标权重系数较高，也反映出权重系数的计算符合实际。

2. 2. 2 油茶最适栽培区的气候适应性指数分析 由表3可知，占据我国油茶栽培总面积达86%的湖南、江西、浙江、广西及福建5个省（区），其CAI均值均在0.86以上，其中面积最大的湖南、江西和发展势头最猛的浙江三地，CAI均值超过0.90。由于这5个省（区）均属亚热带低山丘陵区，地形变化较大，影响油茶生长发育及完成生命周期的主导因子（热量因子）变化也较大，所以其中的部分栽培市（县）的CAI小于0.80。安徽是我国油茶栽培的北部边缘区，其纳入分析的5个区（县）中，大部分CAI大于0.80，但潜山县的CAI仅0.71，其原因主要是受低温霜害影响，因此，安徽潜山县引种油茶应选择普通油茶中的寒露品种。在油茶栽培南部边缘区的广西阳朔、南宁及岑溪等市（县），也出现CAI偏低的情况，结合我国气候区划分析，发现岑溪县气候更接近于热带雨林气候，这种气候仅适宜岑溪软枝油茶和越南油茶生长，不适宜栽培其他品种普通油茶。

2. 3 重庆市油茶气候适应性的评价及区划结果

由表4可知，与全国油茶主栽区对比，重庆市绝大多数传统油茶栽培区油茶的CAI均超过0.80，其中秀山、彭水、云阳、梁平及开县均超过0.90，说明重庆绝大部分区（县）的气候条件基本能满足油茶生长要求；传统油茶栽培区酉阳县油茶的CAI仅0.72，说明其气象数据采集点的中高山地带年平均气温、日照时数偏低，不利于油茶引种栽培。酉阳县油茶栽培区油茶主要集中在酉东的中低山丘陵区及圆梁山沿线的河谷地区，平均海拔相对较低（200～600 m），年平均温度16～17 ℃，比气象数据采集点的中高山地带年平均温度高3～5 ℃，积温条件、年平均降水量均十分有利于油茶生长，属典型中亚热带温润季风区，结合气候因子权重系数推测，酉东和圆梁山沿线油茶栽培区的CAI将远高于0.72。可见，通过CAI判断油茶适生区符合生产实际。

2. 4 重庆市油茶栽培区与最适宜栽培区的相似性分析

应用欧氏距离评价方法，选择重庆市油茶分布面积最广的秀山、酉阳、梁平、彭水、黔江、垫江、开县等7个区（县）与全国12个国家良种油茶基地及15个油茶典型主栽区进行相似性对比分析。由表5可知，重庆市7个区（县）与12个国家良种油茶基地中的贵州天柱相似性总分值为0.66～1.18，其中，秀山、酉阳、梁平、黔江及垫江的总分值均小于1.00，相似性最高，即从贵州天柱引种油茶的成功率会较高；与湖南浏阳、汨罗及江西分宜、抚州、峡江的相似性总分值多数为1.00～1.50，相似度中等，这5个区域也可作为重庆油茶引种区；与安徽黄山、浙江金华、湖北麻城、陕西安康、广西岑溪和南宁的相似性总分值多数超过1.50，部分在2.00以上，这些区域不宜作为重庆油茶引种区。秀山、梁平、垫江、开县与广西龙胜、三江的相似度较高，相似性总分值为0.50～1.00，广西龙胜、三江可作为秀山、梁平、垫江、开县油茶引种区域。结合实际引种表现分析，秀山县从湖南长沙、浏阳及江西分宜等地区引种的湘林1号、湘林5号、长林3号、长林18号等良种初期生长表现较好，对照气候相似性分析结果，以上引种区相似性总分值多数在1.13～1.26，属于中等相似性引种区；对比主成分分析结果，以上各地代表第一主分量的温度和热量等气候因子也基本一致，故引种成功率相对较高；引自江西南昌的赣无4、赣无24、赣68、赣190等良种生长表现较差，经分析发现江西南昌与秀山相似性总分值为1.30，但降雨和光照条件差异较大，导致引种失败。综上所述，重庆市油茶栽培在气候相似性总分值较小（≤1.50），且热量、降雨和光照条件较一致的地区引种成功率高。

3 讨论

本研究采用主成分分析方法归纳了影响油茶生长的主要气候因子，其中，热量因子是影响油茶引种的最关键因素，尤以年平均气温、11～12月平均气温对油茶引种和栽培影响最大，其原因是热量因子主要影响开花、传粉和受精，印证了庄瑞林等（2008）研究认为温度是影响油茶生长重要因子的观点。水分条件也是影响油茶生长的一个重要因素，8～9月的降水量和年均降水量的权重系数均为0.14，与传统栽培“七月干球、八月干油”农谚栽培经验完全吻合（陈永忠，2008），间接说明应用主成分分析法判断油茶引种生态适应性的可行性。光照条件作为热量、水分因子的补充，权重系数仅0.02，说明油茶對光照的要求不高，与杨伟波等（2012）的研究结果一致。因此，在油茶的引种栽培上首先要考虑栽培地的热量条件是否能达到引种油茶的基本要求，其次是水分条件，最后才是光照条件。

气候适应性指标计算结果表明，全国油茶主栽区各区（县）的CAI差异较明显，作为传统油茶栽培主产区的湖南、江西、浙江及广西的多数区（县）CAI均超过0.90，与传统油茶栽培区划结果较一致（庄瑞林等，2008）。但其中也有部分区（县）的CAI为0.7～0.8，说明部分区（县）不适合栽培油茶，这是对庄瑞林等（2008）研究结果的有益补充。重庆市的气候适应性区划结果也表明，重庆市大部分区（县）均可发展油茶，但要注意海拔、坡向、土壤、小地形等因素对气候因子的影响。

气候相似性分析结果对油茶引种和栽培具有十分重要的意义。选择气候相似度总分值较小（≤1.50）且热量、降雨和光照条件较一致的区域引种，初期引种成功率较高。在秀山的油茶引种试验结果表明，从湖南长沙、浏阳及江西分宜等地区引种的湘林1号、湘林5号、长林3号、长林18号等良种初期生长表现较好（彭秀等，2013）。鉴于土壤、海拔和小地形对气候因子产生一定的影响进而影响引种工作，气候相似性不应作为判断能否引种的唯一指标，在今后的研究中还可结合GIS进行深入探讨。

4 结论

重庆市大部分区（县）均可发展油茶，在选择栽培区域时应着重考虑年均气温、8～9月的降水量、年平均降水量、10～12月平均气温对油茶引种栽培的影响，可利用小区域的气候因子计算相应的CAI，选择CAI>0.80的区域进行引种。同时，引种时结合气候相似度分析结果，选择气候相似度总分值≤1.50，且热量、降雨和光照条件较一致的区域引种成功率较高，建议重庆市发展油茶从贵州天柱、湖南长沙、浏阳及江西分宜等地区引种。

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（责任编辑 思利华）