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桐城市油茶气候品质评价模型构建方法探讨

范文

江胜国钱侯春张斗胜辛惠翔

摘要：从企业需求出发，在分析影响桐城油茶生长与品质气象因子的基础上，选择上年度10月中旬至11月上旬平均气温和日照时数、当年7～8月的日最高温度≥35℃的高温日数总降水量与大雨日数组合等4个评价因子并作无量纲处理，应用模糊数学评价方法建立了油茶籽气候品质客观评价模型，得出了2017年桐城油茶籽气候品质评价“优”级结论，并对申请企业首次开展了油茶籽气候品质评价服务。

关键词：桐城油茶；气候品质；模糊数学；评价模型

中图分类号：S162.3；S716.3；S794.4 文献标识码：A 文章编号：1006-8023（2018）05-0039-08

Abstract： Based on the analysis of favorable and unfavorable meteorological conditions affecting the growth and quality of Camellia oleifera Tongcheng，choose the average temperature and sunshine hours from mid-October to early November of the last year， the number of temperature days with a maximum daily of ≥ 35℃ and the combination of total precipitation and heavy rain days from July to August of that year， etc，， and do dimensionless processed.Then the objective evaluation model of the climatic quality of camellia oleifera seeds was established by using fuzzy mathematics evaluation method，and the conclusion of "excellent" level of climate quality assessment of Camellia Oleifera Tongcheng 2017 was obtained，And for the first time，the applicant enterprises carried out the evaluation service of Camellia seed climate quality.

Keywords： Camellia oleifera in Tongcheng； climatic quality； fuzzy mathematics； evaluation model

0 引言

油茶是我国亚热带丘陵山区特有的木本油料树种，具有2000多年的栽培和利用历史[1-3]。桐城市地处皖西南，是安徽省重点油茶产区之一，全市现有油茶林面积近6 600 hm2。油茶生产与其他农作物一样，其品质同样会受到气象条件的制约[4-6]。本文从企业需求出发，以桐城油茶为对象，研究影响桐城油茶籽气候品质的主要气象因子，探讨油茶籽气候品质评价技术方法，建立客观的评价模型，从而提升油茶的附加值，提高产品的知名度和市场竞争力。

1 油茶对气象条件的要求

油茶为茶科山茶属常绿小乔木，是我国亚热带丘陵山区特有的木本油料树种。茶油是优质的食用油，含不饱和脂肪酸94%左右，易为人体消化吸收。

油茶喜光好温忌寒，以中亚热带地区栽培经济效益最好。有关气象条件对油茶生长影响的研究有很多[7-10]。

1.1 热量条件

油茶要求年平均气温14～21℃，最冷月平均气温大于3℃，极端最低气温不低于-10℃，最热月平均气温小于28℃，无霜期200 d以上，≥10℃的活动积温为4 500～5 200℃。

油茶叶芽吐露的最低温度为8、15℃时抽梢展叶，气温升至20℃时生长最快；可耐42℃的高温，但一般温度在34℃左右时生长受到抑制，如持续时间长，则大量落叶、落果，甚至造成植株枯死；花期（10-11月）最適宜的平均温度为12～18℃，低于9℃或温度骤降或晚霜可造成落花落果现象严重；果实膨大期平均气温达到30℃时，果实生长最快，7～8月的日最高温度≥35℃的高温日数小于20 d，有利于油脂转化积累和果实成熟。

影响油茶高产的气象条件，主要是冬季的低温冻害，造成幼果被冻坏，其次是夏季高温。

1.2 水分条件

适宜年降水量为800～2 000mm，最适宜年降水量为1 200～1 600mm，且四季分配均匀；年均相对湿度为75%～85%。

7-8月油茶果实生长发育期间，要求雨量充沛、均匀，才有利于果实生长和油脂转化。高温干旱会出现“7月干果、8月干油”现象，而大雨或暴雨天气易导致落果和裂果。10月中旬至l1月中旬开花期间降水较少有利于传粉受精，连续降雨影响授粉。花期（10-11月）平均相对湿度76%左右对油茶的开花授粉非常有利，雨日≥13 d就会影响丰产。

1.3 光照条件

年日照时数1 800～2 200 h，日照百分率在35%以上。光照强度影响油茶花芽分化（6-8月）、开花着果。在6-7月春梢花芽分化盛期，光照时数日均达到1lh时，有利于花芽分化。

1.4 桐城油茶生长期间有利与不利的气象条件

分析对比表1，桐城油茶生长期间的有利气象条件很多，热量条件无论是年平均气温还是冬季最冷月平均气温、亦或≥10℃的活动积温均能满足油茶对气象条件的需求，尤其是无霜期较长、8～9月的日最高温度≥35℃的高温日数较少、花期气温较高，对油茶生长及其良好品质的形成特别有利。

水分条件基本能满足油茶生长需要，其中7、8月份充沛，对油茶果实膨大及油脂积累很有利。光照条件比较优越，尤其是全年日照百分率较大、6-8月光照强度较强，有利油茶生长、形成良好的品质。

不利的气象因素主要有：

（1）少数年份花期气温偏低，特别是开花后期往往会受到冷空气袭击影响，气温急剧下降到油茶开花要求的临界温度以下；有些年份花期出现阴雨天气，雨量、雨日都比较多。这些不利的气象因素既不利于油茶开花授粉，也不利于形成较好的油茶品质。

（2）少数年份冬季温度低，致使油茶新生枝梢大量受冻死亡、幼果受冻脱落。如2016年1月23-25日桐城出现超级寒潮，极端最低气温-10.5℃，部分油茶产区极端最低气温-12℃以下，对油茶生长及品质形成有极大的不利影响。

（3）从平均状况看， 7、8月份降水量完全能够满足油茶果实膨大对降水的要求，但由于此间降水量年际间变化较大，常有干旱发生，影响油茶产量和品质形成。

2 油茶气候品质评价方法

2.1 模糊数学评判方法

综合评判就是对受到多个因素制约的事物或对象作出全面评价的一种有效的多因素决策方法，如产品质量评定、科技成果鉴定、某种作物种植适应性的评价等，都属于综合评判问题。

模糊综合评判的数学模型[11]可分为一级模型和多级模型，在此仅介绍一级模型。采用一级模型进行综合评判，一般可归纳为以下几个步骤：

（1）建立评判对象因素集U={u1， u2， …， un}。因素就是对象的各种属性或性能，在不同场合，也称为参数指标或质量指标，它们能综合地反映出对象的质量，因而可由这些因素来评价对象。

（2）建立评判集V={v1， v2， …， vn}。如工业产品的评价，评判集是等级的集合；农作物种植区域适应性的评价，评判集是适应程度的集合。

（3）建立单因素评判，即建立一个从U到F（V）的模糊映射f

从上述模糊综合评判的4个步骤可以看出，建立单因素评判矩阵R和确定权重分配A是两项关键性的工作，但同时又没有统一的格式可以遵循，一般可采用统计实验或专家评分的方法求出。

2.2 气象因子选择

影响油茶品质的因素很多，有栽培因素、品种因素和加工方法因素等。气候对油茶的影响包含三个方面，即：对生长的影响、对产量的影响和对品质的影响[12-17]。

通过调查，并征求本地多年从事油茶生产技术指导的专家意见，初选了8个因子作为油茶籽气候品质的评价指标：

通过因子间的相关分析，因子之间相关系数较大的因子可以相互取代，因此可以剔除部分因子，最终确定4个因子间相关系数较小且专家和管理人员认为对油茶生长和品质影响最为重要的因子建立评价模型：

X1：上年度10月中旬至11月上旬平均气温。

X2：上年度10月中旬至11月上旬日照时数。

X3：7-8月的日最高温度≥35℃的高温日数（d）。

X4：当年度7-8月的总降水量-当年度7-8月日降水量≥25 mm日数（d）×25（mm），即X4=R-n×25（R为当年度7-8月的总降水量，n为当年度7-8月日降水量≥25 mm日数（d））。

由于各因子之间的量纲不同，无法直接进行分析、比较，为此按一定的经验对各因子进行（0，1）化无量纲处理：

式中“○”表示模糊变换。

2.3.1 确定评价集

按照《安徽省农产品气候品质评价管理暂行办法》，在描述油茶气候品质等级分类时，采用一般、良、优、特优4个等级，不是准确地将其定位在某一等级上，而是用相对于4个等级的隶属度（即相似程度）的向量来表示。即：V={V1，V2 ……Vm}={一般、良、优、特优}，m=4。

单个因子评价指标见表2。

2.3.2 确定各指标权重系数

在评价过程中需要考虑各因子对油茶籽气候品质等级的不同贡献，即权重的影响。由于缺乏油茶历史品质资料，这里采用专家打分法[22-23]，在生产企业和有关单位选择7位油茶种植或此方面管理专家，按总分为100分的要求對各因子进行打分评定（表3），对各因子的得分结果进行平均后再作归一化处理，即：

2.3.3 各因子评价集的确定

由于气象因子之间的相互作用和影响，单个因子对农产品品质的贡献也不是一一对应的确定关系，处在某级别内的因子，也存在出现其它品质级别的可能性，因此需要求出各因子对品质影响的隶属度，组成因子评价集。规则为：

根据单个因子的评价指标，评价集区间的临界值分别为：a1=0.25，a2=0.5，a3=0.75。当因子Y位于两界限的中间量（即区间正中）时隶属度为1，其余级别的隶属度为0；当Y在区间内离开中点向左或向右移动时，其所在区域的隶属度从1开始减少，同时其它区域的隶属度从0开始增加，具体见表4。

利用上述公式（4）～（7）求出各因子每年的品质隶属度，再由表4 就可以得到每年的油茶品质评价集R，如2015年的R矩阵求算过程如下：

上年度10月中旬至11月上旬平均气温：X1=14.5℃，由公式（4）得Y1=0.761>a3=0.75，由表4可计算出：

取B值中最大值0.516 895，对应在第三个位置，即2015年桐城油茶气候品质为“优”级。

其它年份的评价运算方法完全相同，表5便是2001-2016年桐城油茶气候品质逐年评价结果，同时将调查所得的基于出油率的油茶籽品质实况也列于此表的最后一列作为参考。

3 2017年油茶气候品质评价应用

3.1 模型计算结果

应用上述评价模型对2017年桐城油茶籽气候品质评价指数进行实际计算，过程与结果如下：

上年度10月中旬至11月上旬平均气温：X1=15.6℃，由（4）式得Y1=0.941>a3=0.75，由表4可计算出：

取B值中最大值0.398 473，对应在第三个位置，即2017年桐城油茶气候品质为“优”级。实际上，2017年该企业生产的油茶籽出油率高，营养成分也优于其它地方油茶籽，品质实况为“优”。见表6。

3.2 气象条件评述

有利方面：一是油茶开花期间的温度条件得到满足，对油茶开花授粉和品质形成十分有利。表现为：2016年10月中旬至11月上旬，虽然降水偏多，但平均气温较高，达到15.7℃，与常年同期平均值相近；2016年10月中旬至11月上旬日最高气温≥16℃的日数竟然有24 d之多。

二是油茶果实膨大与油分转化时期的气象条件得到基本满足。表现在：今年7、8月间的日最高温度≥35℃的高温日数15 d，虽然不算少，但集中持续时间不长，尤其是在8月份油分转化的关键时期，仅零星出现3 d高温日，这对油茶油分转化十分有利；降水比较适中，未发生长时间的干旱。

不利方面：一是去年油茶开花期间晴天和光照较少，降水与降水日数较多，对油茶开花授粉有影响；二是在今年油茶果实膨大及油分转化的关键时期，虽然高温日数不太多，但降水较多，特别是8月份降水有点过多、过大，对油茶果实膨大和油分转化也不利。

4 结论与讨论

（1）在缺乏农产品品质历史数据的情况下建立农产品气候品质评价模型确实存在一定的困难，本研究引入多因素模糊综合评价方法能够较好的解决这个问题，评价结果客观、科学、可靠。

（2）应用多因素模糊综合评价方法建立农产品气候品质评价模型，首要问题是选择气象影响因子。在选择气象影响因子时不能只停留在统计分析上，而是要通过对影响农产品品质形成机理的考察筛选出具有坚实科学依据的因子，因子数量多少没有限制。

（3）气象影响因子选定后，确定各因子的影响权重便成为另一个关键问题。确定因子权重的方法有多种：频数统计法、主观赋权法、特征向量法和熵权法等，可按评价对象与具体问题选定。

（4）应用excel工作表可以很方便的进行数据处理，建立评价模型。

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