邵陽縣油茶種植氣候適宜性評價

江滌非，郭海峰*，卿燃莉，李 矛，賈海鷹

(1.湖南省氣象服務中心，湖南 長沙 410118；2.氣象防災減災湖南省重點實驗室，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濟作物，油茶茶籽所產出的茶油是一種高級食用油，品質優異，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，不會引起高血壓、血栓、動脈硬化等疾病[2-4]。油茶籽產出的茶油在作為優質食用油的同時，還可以作為化工醫藥、日用品等產業的生產原輔材料[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，油茶主要分布于湘、粵、閩、桂、贛、川、貴、瓊等17個省(區)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重要因素，在我國，各界學者針對氣候對油茶經濟性狀的影響，以及油茶種植氣候適宜性區劃已開展了大量的研究。2008年出版的《中國油茶》(第二版)從生態環境和氣候條件等方面著手，對全國油茶進行了栽培區劃，將全國范圍內的油茶林劃分為了3個帶、9個區，為后來各省、市、縣地區的油茶種植提供了重要的科學依據[10]。左繼林[11-12]、康志雄[13]等利用相關分析、灰色關聯分析等方法研究了氣溫、降水、光照等氣候因子對油茶產量、茶籽的出籽率、含油率的影響。作為油茶產區的我國廣西、福建、江西等省份，均開展了省域范圍內的油茶氣候適宜性區劃和評價研究[14]。湖南省亦于2011年由陸魁東等[15]開展了全省范圍內的油茶GIS精細化區劃，分辨率500 m×500 m；省內尚未有關于市域、縣域范圍內的油茶氣候適宜性區劃研究。目前，國內的油茶氣候適宜性評價，多僅從氣候條件對油茶生長發育、茶籽品質的影響方面開展研究，未結合立地條件對油茶種植的影響來進行考慮。

湖南省邵陽縣屬典型的亞熱帶季風濕潤氣候，充足的光、熱、水資源能較好地滿足油茶生長發育的需求。根據邵陽縣油茶產業發展規劃，至2025年，縣內油茶林面積擬發展至5.3萬hm2。開展邵陽縣油茶種植氣候適宜性評價，對于邵陽縣充分利用氣候資源，合理布局油茶林，發展油茶產業具有重要的科學指導意義。

本研究根據邵陽縣的歷史氣候條件、立地條件與邵陽縣油茶生長發育之間的關系，確定邵陽縣油茶氣候區劃指標和地形區劃指標，在GIS平臺上對邵陽縣進行油茶氣候適宜性區劃(分辨率90 m×90 m)，對邵陽縣境內不同區域種植油茶的氣候適宜性進行評價。

1 材料與方法

1.1 研究區域概況

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，屬于中亞熱帶季風濕潤氣候區，十分適合油茶生長發育。根據氣候統計，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，平均年日照時數為1486.2 h，平均每天日照時間4.1 h，年平均風速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育最適宜或較為適宜的氣候條件范圍內。邵陽縣河網密布，共有大小河流61條，主要有資水、夫夷水、赧水、檀江等。境內地下水資源豐富，有地下河流50余條，泉點密布，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。邵陽縣境內有土地面積19.9萬hm2，土地類型多樣，土質較好，屬于富硒區域，土層深厚肥沃，有機質含量較高，理化性狀與養分狀況良好，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個國家地面氣象站點的逐日氣溫、降水、日照觀測數據，來源于湖南省氣象信息中心；所用地理信息數據(邵陽縣行政邊界、9 0m×90 m DEM)來源于國家基礎地理信息中心。

1.3 數據處理

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

2 結果與分析

2.1 邵陽縣油茶氣候區劃指標

油茶較耐旱耐高溫，但適宜的光、溫、水條件仍是油茶豐產的基礎之一。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 ℃，過高的氣溫將導致花芽分化受阻，最終影響茶樹產果結籽；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月是果實內油脂形成和鮮果膨大的關鍵期，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，較長時間的日照條件能夠促進油茶的光合作用，增加有機物的積累，保證其正常的生長生殖和發育。在年日照時數不足的地區，大部分的油茶品種表現為長勢較弱、結果數少、果實較小。反之，在光照充足的地區所生長的油茶品種則呈現出一種植株生長茂盛、果實繁多、茶籽含油率高、品質好的現象。光照對油茶生長發育的影響至關重要，要求年日照時數1200～1400 h，最適宜年日照時數≥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、年日照時數共計7個氣候因子作為本次邵陽縣油茶氣候適宜性區劃和評價的氣候區劃指標。

表1 邵陽縣油茶氣候區劃指標

2.2 邵陽縣油茶地形區劃指標

油茶一般都種植在丘陵山地，立地條件是影響油茶生產的主要因素之一。影響油茶產量和品質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致不同坡向上油茶產量和品質不同的重要因素之一。經研究發現，在我國南方大部分地區，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、花果形成與營養累積，較西坡和北坡，油茶的經濟性狀更佳[21]。坡度對于油茶植株的生長以及果實的品質也存在較大影響。浙江省亞熱帶植物研究所的曾愛平等人曾做過相關實驗，以研究坡度對油茶生長發育的影響，結果表明：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劃及評價的地形區劃指標。

表2 邵陽縣油茶地形區劃指標

2.3 氣候指標小網格推算與區劃圖制作

本研究利用邵陽縣及其周邊縣市區共計10個氣象站點的1985～2019氣候資料以及地理信息數據(經緯度、海拔)，采用逐步回歸的方法，分別構建氣候區劃指標與緯度、經度、海拔的氣候區劃模型，模型如下：

Y=f(W,J,H)

(1)

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

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

表3 邵陽縣油茶氣候區劃指標空間分析模型

2.4 地形指標小網格區劃圖制作

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

2.5 區劃權重的確定

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

2.6 邵陽縣油茶氣候適宜性區劃圖的制作

得到7項氣候區劃指標和2項地形區劃指標的空間分布圖后，在GIS中將上述9個區劃指標的空間分布柵格圖層進行重分類，按照不適宜區、次適宜區、適宜區、最適宜區分別賦值為1、2、3、4。將重新賦值后的9個區劃指標的柵格圖層依據表4中的權重進行疊加，得到最終的邵陽縣油茶氣候適宜性區劃圖。綜合評判值的計算公式如下：

(2)

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

2.7 油茶種植氣候適宜性評價

2.7.1 不適宜區 不適宜區為綜合評判值在1.92～2.2之間的區域，由圖2可以看出，邵陽縣境內的不適宜區面積很小，主要分布在河伯鄉最南端。根據GIS中的區劃統計，該類區域占整個邵陽縣總面積的0.06%，約1.19 km2。這些區域由于較高的海拔，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育, 不應在此類區域開展油茶種植和發展油茶產業。

2.7.2 次適宜區 次適宜區為綜合評判值在2.2～3.1之間的區域, 根據區劃統計，次適宜區占整個研究區域(邵陽縣)總面積的7.79%，約155.49 km2。在邵陽縣境內，次適宜的分布區域有兩個明顯的特征。首先，在河伯鄉的南部和東南部、五峰鋪林場等區域，這些地區由于其較高的海拔，較缺乏的熱量條件、光照條件，導致其較不適宜油茶的種植；此外，谷洲鎮的北部和西部以及境內主要水系沿線等區域，也屬于次適宜區，該類地區主要是由于7月平均氣溫過高，導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。上述區域氣候條件相對不適宜區較好，但仍不是大力發展油茶產業的理想地。除氣候條件較不理想外，部分次適宜區存在其他方面優勢，例如，灌溉條件優異等。在次適宜區內種植油茶，若要保證其長勢良好、產量穩定，產出茶籽品質高，需在各關鍵生育期采取相關的保溫、降溫、增光等措施。

2.7.3 適宜區 適宜區為綜合評判值在3.1～3.5之間的區域，適宜區分布范圍較廣，根據區劃統計，邵陽縣境內適宜區占縣域總面積的56.38%，約1125.34 km2，縣域內各鄉鎮均有適宜區分布。適宜區氣候條件優越，冬季較暖，適宜油茶越冬，夏季在保證充足熱量條件的同時，不至于氣溫過高致使油茶遭遇高溫熱害；光照充足，擁有較好的水分條件；11月盛花期降水量適中，不易導致落花。在適宜區內可大范圍開展油茶種植和發展油茶產業。

2.7.4 最適宜區 最適宜區為綜合評判值在3.5～3.8之間的區域，邵陽縣境內，最適宜區范圍較大，占全縣總面積的35.77%，約713.98 km2。根據圖3，邵陽縣境內各鄉鎮均有最適宜區分布。最適宜區為油茶生長發育的氣候最優區，擁有充足且適宜的光照、水分及熱量條件，地形條件優越，相較于縣域內其他區域，應優先選擇最適宜區發展油茶種植基地，開展大規模的油茶種植，推動邵陽縣油茶產業的發展。

3 討論與結論

本研究利用邵陽縣及其周邊10個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、生長發育、產量品質的影響，選取了年平均氣溫、1月平均氣溫、7月平均氣溫、≥10 ℃的年活動積溫、8～9月降水量、11月降水量、年日照時數7個氣候因子作為氣候區劃指標，選取坡向和坡度兩個地形因子作為地形區劃指標。通過層次分析法，得到了上述7個氣候區劃指標和2個地形區劃指標的權重。并在此權重基礎上對邵陽縣油茶的氣候適宜性進行了區劃。區劃結果與邵陽縣油茶種植的實際情況較為相符，現狀油茶種植面積較大的小溪市鄉、黃亭市鎮、長樂鄉、蔡橋鄉、金稱市鎮等鄉鎮區域大部分為適宜區和最適宜區；種植面積較小的谷洲鎮、河伯鄉、五峰鋪林場等地，次適宜區和不適宜區的面積相對較大。當地可在適宜區以及最適宜區內充分挖掘當地獨特的氣候優勢，合理利用和保護氣候資源，充分開展油茶種植，發展油茶產業。

影響油茶生長發育的各要素中，氣候條件是主導，立地條件、土壤條件、水文條件、植被條件等其他生態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一步補充和完善。