李海燕，劉志雄，付 宇

（1.湖北省黃岡市氣象局，湖北 黃岡 438000；2.武漢區(qū)域氣候中心，武漢 430000；3.蘄春縣氣象局，湖北 蘄春 435300）

艾草（Artemisia argyiH.Lév.&Vaniot）在中醫(yī)藥里被稱為“百草之王”，以湖北省蘄春縣產(chǎn)艾葉為佳，謂為“蘄艾”。艾葉用于治病已有3 000 年歷史，據(jù)本草綱目記載，“艾葉本草不著土產(chǎn)，但生田野，宋時(shí)以湯陰復(fù)道者為佳，四明者圖形。近代惟湯陰者謂之北艾；四明者謂之海艾。自成化以來則以蘄州者為勝，用充方物，天下重之，謂之蘄艾”［1］。醫(yī)家以蘄艾為道地藥材，2019 年蘄春縣蘄艾產(chǎn)值達(dá)到50 億元，品牌價(jià)值超過百億元，并入選全國特色農(nóng)產(chǎn)品區(qū)域公用品牌。研究表明，艾葉的主要活性物質(zhì)有揮發(fā)油、總黃酮和鞣酸，其中揮發(fā)油應(yīng)用最為廣泛［2-4］，揮發(fā)油的主要藥效成分有桉葉精，具有鎮(zhèn)神經(jīng)痛、皮膚痛和止咳的作用；有側(cè)柏酮，對(duì)神經(jīng)系統(tǒng)起到麻醉作用；有樟腦，具有殺菌、鎮(zhèn)痛、消炎的作用［5］。

蘄春縣地處湖北省東陲，大別山南麓，屬亞熱帶大陸性季風(fēng)氣候，冬冷夏熱，四季分明，光照充足，雨量充沛，氣候溫和，適宜于中藥材的自然生長(zhǎng)和人工種植。研究發(fā)現(xiàn)，在一定遺傳因素基礎(chǔ)上，環(huán)境氣象因子對(duì)中藥材品質(zhì)形成至關(guān)重要，李超等［6］發(fā)現(xiàn)中藥材生長(zhǎng)所需的溫度、光照、土壤、水文等生態(tài)因素與其生長(zhǎng)發(fā)育和品質(zhì)密切相關(guān)；吳洋等［7］研究發(fā)現(xiàn)，環(huán)境氣象因子在藥材形成過程中起決定性作用，適宜的生長(zhǎng)環(huán)境能促進(jìn)藥材中有效成分的合成與積累；揮發(fā)性成分組成及含量與氣候因子等環(huán)境條件密切相關(guān)［8，9］；張小波等［10］研究發(fā)現(xiàn)，太陽輻射和日照時(shí)數(shù)是影響大果木姜子揮發(fā)油組分構(gòu)成的重要生態(tài)因子；唐代萍［11］發(fā)現(xiàn)年均相對(duì)濕度和年均日照時(shí)數(shù)對(duì)多傘阿魏揮發(fā)性成分組成及含量影響顯著。關(guān)于氣象條件對(duì)蘄艾品質(zhì)的影響研究較少，部分學(xué)者分析了某一年份、不同環(huán)境氣象因子對(duì)蘄艾活性物質(zhì)的影響［12-14］，但由于資料序列短、因子單一，無法確定環(huán)境氣象因子對(duì)蘄艾品質(zhì)形成的影響程度。本研究收集了不同年份蘄艾樣本品質(zhì)因子，通過蘄艾生育期的環(huán)境氣象因子與品質(zhì)因子的相關(guān)性和關(guān)聯(lián)度分析，探討環(huán)境氣象因子在蘄艾品質(zhì)形成中的作用，為蘄艾的規(guī)范化種植提供理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 蘄艾生育期觀測(cè)

蘄艾多為野外生長(zhǎng)，具體生育期不明確［15］。在位于蘄春縣漕河鎮(zhèn)的蘄春國家氣象觀測(cè)站旁選取長(zhǎng)50 m、寬10 m 的地區(qū)，于2020 年12 月初從野外移植栽種蘄艾根，并展開觀測(cè)、記錄；得到蘄艾生育期為，12 月至次年1 月為移栽期；2 月為出苗期；3 月至5 月下旬為生長(zhǎng)期；5 月下旬至6 月中旬為成熟收獲期。

1.2 數(shù)據(jù)來源

1.2.1 蘄艾品質(zhì)數(shù)據(jù) 蘄艾品質(zhì)數(shù)據(jù)來自蘄春藥材辦、蘄艾相關(guān)企業(yè)和相關(guān)文獻(xiàn)，收集到蘄春縣1988年以來不同年份檢測(cè)的蘄艾樣本品質(zhì)數(shù)據(jù)，包括蘄艾揮發(fā)油、總黃酮、桉油精、側(cè)柏酮、樟腦等5 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)，其中揮發(fā)油樣本16 個(gè)及同批次標(biāo)本檢測(cè)到的桉油精樣本12 個(gè)、總黃酮10 個(gè)、側(cè)柏酮10 個(gè)、樟腦10 個(gè)。

1.2.2 環(huán)境氣象數(shù)據(jù) 環(huán)境氣象數(shù)據(jù)來自蘄艾樣本對(duì)應(yīng)的縣氣象站，包括與蘄艾品質(zhì)因子年份對(duì)應(yīng)的蘄艾整個(gè)生育期12 月至次年6 月的逐月平均溫、光、水、風(fēng)、蒸發(fā)（Z）等。其中，溫包含平均氣溫（Ta）、平均最高氣溫（Tm）、平均最低氣溫（Ti）、有效積溫（Tx）、平均地溫（Td）、平均氣溫日較差（Tc）；光為日照時(shí)數(shù)（S）；水為降水量（R）、相對(duì)濕度（RH）；風(fēng)為平均風(fēng)速（F）。環(huán)境氣象因子的表征方式為，氣象要素_月份/氣象要素_月份_深度（深度單位為cm），例Ta_12 表征2020 年12 月平均氣溫，Ta_1 表征2021年1 月平均氣溫，Td_1_0 表征2021 年1 月0 cm 地溫。

1.3 研究方法

1.3.1 灰色關(guān)聯(lián)度 以蘄艾品質(zhì)因子為參考數(shù)列，各環(huán)境氣象因子數(shù)據(jù)為比較數(shù)列，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行均值化處理，則第k個(gè)比較數(shù)列中第t個(gè)數(shù)據(jù)與參考數(shù)列對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)之間的關(guān)聯(lián)系數(shù)如下。

式中，Δ（min）和Δ（max）分別為兩級(jí)最小差和兩級(jí)最大差；Δok（t）為第k個(gè)比較數(shù)列中第t個(gè)數(shù)據(jù)與參考數(shù)列對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)的差的絕對(duì)值；ρ為分辨系數(shù)，按照郭原等［16］的方法取值。

則第k個(gè)比較數(shù)列與參考數(shù)列之間的關(guān)聯(lián)度如下。

式中，n為數(shù)列長(zhǎng)度。

參考鄭華偉等［17］、孟展等［18］的研究結(jié)果，將灰色關(guān)聯(lián)度的取值范圍確定在0～1，并劃分為5 個(gè)等級(jí)（表1）?；疑P(guān)聯(lián)度的值越趨近于1，說明關(guān)聯(lián)性越大，耦合作用也越強(qiáng)。

表1 不同灰色關(guān)聯(lián)度區(qū)間的類型及等級(jí)劃分

1.3.2 建立回歸方程 利用SPSS 25.0 軟件分析環(huán)境氣象因子與蘄艾品質(zhì)因子的相關(guān)性，取相關(guān)系數(shù)大、關(guān)聯(lián)度強(qiáng)且具顯著性的環(huán)境氣象因子，運(yùn)用引入—剔除法構(gòu)建蘄艾品質(zhì)因子與環(huán)境氣象因子的多元線性回歸方程。

式中，Y為蘄艾品質(zhì)因子；β0為常數(shù)項(xiàng)；β1，β2，…，βk為偏回歸系數(shù)；X1，X2，…，Xk為偏回歸系數(shù)所對(duì)應(yīng)的自變量。當(dāng)回歸方程及引入的環(huán)境氣象因子的偏回歸系數(shù)均達(dá)到顯著水平（P＜0.1），說明方程在實(shí)際應(yīng)用中方便可靠，存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即為最優(yōu)回歸方程。

2 結(jié)果與分析

2.1 蘄艾品質(zhì)指標(biāo)的基本統(tǒng)計(jì)量及相關(guān)性

蘄艾品質(zhì)指標(biāo)的基本統(tǒng)計(jì)量見表2。由表2 可知，蘄艾揮發(fā)油變異系數(shù)為14.81%，為弱變異（CV＜15%）。其余品質(zhì)指標(biāo)均為中等變異（15%＜CV＜100%）。

表2 蘄艾品質(zhì)指標(biāo) （單位：%）

對(duì)收集到的蘄艾品質(zhì)因子進(jìn)行相關(guān)系數(shù)計(jì)算和顯著性檢驗(yàn)，得到蘄艾各品質(zhì)指標(biāo)之間存在一定相關(guān)性，其中揮發(fā)油與側(cè)柏酮之間存在顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.01），相關(guān)系數(shù)達(dá)到-0.815；桉油精與樟腦之間存在顯著正相關(guān)（P＜0.05），相關(guān)系數(shù)為0.83。

2.2 蘄艾品質(zhì)因子與環(huán)境氣象因子的關(guān)聯(lián)分析

2.2.1 揮發(fā)油與環(huán)境氣象因子的關(guān)聯(lián)分析 將蘄艾揮發(fā)油含量與其生育期逐月溫、光、水、風(fēng)、蒸發(fā)等環(huán)境氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，取相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值超過0.4 的因子，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度處理，結(jié)果見表3。

由表3 可知，在蘄艾整個(gè)生育期，與其揮發(fā)油積累密切相關(guān)的環(huán)境氣象因子有栽種形成壯根期溫度、生長(zhǎng)期溫度和風(fēng)、成熟收獲期的光和蒸發(fā)，且影響關(guān)鍵期為12 月、3 月、5 月和6 月。從相關(guān)性看，12月平均氣溫、12 月平均最高氣溫、3 月平均氣溫、3 月有效積溫、3 月平均風(fēng)速、3 月15 cm 地溫、3 月平均最高氣溫、3 月平均最低氣溫、5 月平均風(fēng)速與蘄艾揮發(fā)油含量呈顯著正相關(guān)，5 月平均風(fēng)速正相關(guān)系數(shù)最大，為0.681；6 月日照、蒸發(fā)與揮發(fā)油呈顯著負(fù)相關(guān)，6 月日照負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，為-0.578。通過顯著性檢驗(yàn)的環(huán)境氣象因子與揮發(fā)油的灰色關(guān)聯(lián)度來看，6 月日照、蒸發(fā)與揮發(fā)油的關(guān)聯(lián)度為中等關(guān)聯(lián)，其他顯著相關(guān)的環(huán)境氣象因子與揮發(fā)油的關(guān)聯(lián)度均為高關(guān)聯(lián)或極高關(guān)聯(lián)上，3 月平均風(fēng)速關(guān)聯(lián)度最大，為0.998。

表3 揮發(fā)油與環(huán)境氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度、相關(guān)系數(shù)

2.2.2 總黃酮與環(huán)境氣象因子的關(guān)聯(lián)分析 將蘄艾總黃酮與其生育期逐月溫、光、水、風(fēng)、蒸發(fā)等環(huán)境氣象因子進(jìn)行相關(guān)分析，取相關(guān)系數(shù)絕對(duì)值超過0.4 的因子，進(jìn)行灰色關(guān)聯(lián)度處理，結(jié)果見表4。

由表4 可知，在蘄艾整個(gè)生育期，與總黃酮積累密切相關(guān)的環(huán)境氣象因子有栽種形成壯根期的溫、水，出苗期的水、蒸發(fā)，生長(zhǎng)期的溫、蒸發(fā)，且影響關(guān)鍵期為12 月、2 月、3 月和5 月。從相關(guān)性看，2 月降水量與總黃酮含量存在顯著正相關(guān)，相關(guān)系數(shù)達(dá)0.649（P＜0.1）；12 月平均氣溫、12 月相對(duì)濕度、2 月蒸發(fā)、3 月蒸發(fā)、5 月氣溫日較差與總黃酮含量顯著負(fù)相關(guān)（P＜0.05），5 月氣溫日較差負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，為-0.769。

表4 總黃酮與環(huán)境氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度、相關(guān)系數(shù)

通過顯著性檢驗(yàn)的環(huán)境氣象因子與總黃酮的灰色關(guān)聯(lián)度來看，2 月降水量、12 月相對(duì)濕度、3 月蒸發(fā)與總黃酮的關(guān)聯(lián)度為高關(guān)聯(lián)，其他顯著相關(guān)的環(huán)境氣象因子與揮發(fā)油的關(guān)聯(lián)度均為極高關(guān)聯(lián)，關(guān)聯(lián)度最大的是12 月平均氣溫，為0.976。

2.2.3 桉油精與環(huán)境氣象因子的關(guān)聯(lián)分析 桉油精與環(huán)境氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度、相關(guān)系數(shù)見表5。由表5 可知，蘄艾栽種形成壯根期的水，生長(zhǎng)期的溫、風(fēng)，成熟收獲期的水對(duì)桉油精累積有重要影響，且影響關(guān)鍵期為12 月、3—6 月。從相關(guān)性看，4 月平均最低氣溫、5 月平均最低氣溫與桉油精存在顯著正相關(guān)，5 月平均最低氣溫正相關(guān)系數(shù)最大，為0.537；12 月降水量、3 月平均風(fēng)速、4 月平均風(fēng)速、4月氣溫日較差、6 月相對(duì)濕度與桉油精存在顯著負(fù)相關(guān)，4 月平均風(fēng)速負(fù)相關(guān)系數(shù)最大，為-0.651；從關(guān)聯(lián)度看，所有通過顯著性檢驗(yàn)的環(huán)境氣象因子與桉油精均為高度關(guān)聯(lián)，4 月平均最低氣溫關(guān)聯(lián)度最大，為0.786。

表5 桉油精與環(huán)境氣象因子的灰色關(guān)聯(lián)度、相關(guān)系數(shù)

2.3 基于環(huán)境氣象因子的蘄艾品質(zhì)最優(yōu)回歸方程

基于相關(guān)和灰色關(guān)聯(lián)度分析提取的影響蘄艾品質(zhì)的顯著環(huán)境氣象因子，建立蘄艾不同品質(zhì)指標(biāo)的多元回歸方程（表6）。由表6 可知，回歸方程擬合優(yōu)度的決定系數(shù)均在0.8 以上，回歸關(guān)系達(dá)到95%顯著水平。經(jīng)t檢驗(yàn)，引入方程的環(huán)境氣象因子均達(dá)到顯著水平（P＜0.1），表明該方程能夠較準(zhǔn)確評(píng)估蘄艾品質(zhì)，即為最優(yōu)回歸方程。

表6 不同品質(zhì)指標(biāo)的回歸方程

3 討論

從回歸分析結(jié)果可以看出，移栽期12 月的最高氣溫和生長(zhǎng)期3 月的最低氣溫越高，蘄艾揮發(fā)油含量越高，而成熟收獲期6 月的日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)揮發(fā)油含量越低，且3 個(gè)時(shí)段對(duì)應(yīng)的3 個(gè)環(huán)境氣象因子與揮發(fā)油含量的相關(guān)性極顯著。蘄艾移栽期氣溫低于-3 ℃時(shí)，影響根莖成活，其生長(zhǎng)期適宜溫度為24～30 ℃，氣溫過低則阻礙莖桿細(xì)胞分裂，不利于植株形成，適宜的氣溫有利于提高揮發(fā)油含量［19］。此外，在蘄艾成熟收獲期，揮發(fā)油已累積到峰值，日照時(shí)數(shù)以晝夜節(jié)律影響艾葉釋放揮發(fā)性物質(zhì)，日照時(shí)數(shù)越長(zhǎng)，釋放越多，揮發(fā)油含量就越少，這與已有的研究結(jié)論一致［13］?？筛鶕?jù)環(huán)境氣象因子與蘄艾揮發(fā)性成分間的作用規(guī)律，選擇12 月高溫和3 月低溫略高、6月日照時(shí)數(shù)略短的區(qū)域來種植蘄艾。

環(huán)境氣象因子對(duì)蘄艾其他品質(zhì)的影響表現(xiàn)為，對(duì)總黃酮直接作用最大的是移栽期12 月相對(duì)濕度和生長(zhǎng)期5 月氣溫日較差的負(fù)效應(yīng)，對(duì)桉油精直接作用最大的是成長(zhǎng)期4 月份氣溫日較差的負(fù)效應(yīng)和5 月月平均最低氣溫的正效應(yīng)。以上2 個(gè)品質(zhì)指標(biāo)受不同時(shí)期環(huán)境氣象因子的影響，可能與各指標(biāo)形成條件及結(jié)構(gòu)差異有關(guān)，需進(jìn)一步研究。

4 小結(jié)

采用線性相關(guān)、灰色關(guān)聯(lián)度和回歸分析方法，分析了環(huán)境氣象因子在蘄艾品質(zhì)形成過程中所起的作用，得到了影響品質(zhì)形成的關(guān)鍵環(huán)境氣象因子，為蘄艾的規(guī)范化種植提供理論指導(dǎo)。

通過對(duì)蘄艾品質(zhì)指標(biāo)及其生育期環(huán)境氣象因子的關(guān)聯(lián)分析發(fā)現(xiàn)，溫、水、風(fēng)等環(huán)境氣象因子在蘄艾的移栽期、生長(zhǎng)期對(duì)其品質(zhì)形成的影響最大，而成熟收獲期光照和蒸發(fā)過大會(huì)降低蘄艾揮發(fā)油含量；與蘄艾揮發(fā)油、總黃酮、桉油精品質(zhì)指標(biāo)顯著相關(guān)系數(shù)最大的環(huán)境氣象因子分別是5月份的平均風(fēng)速（0.681）、5 月氣溫日較差（-0.769）、4 月平均風(fēng)速（-0.651）；蘄艾品質(zhì)形成影響顯著的環(huán)境氣象因子與蘄艾品質(zhì)指標(biāo)間均存在高等及以上關(guān)聯(lián)，耦合作用較強(qiáng)，表明這些氣象因子為蘄艾品質(zhì)形成的關(guān)鍵環(huán)境氣象因子。

建立的蘄艾品質(zhì)因子與環(huán)境氣象因子多元線性回歸方程，引入方程的環(huán)境氣象因子的偏回歸系數(shù)均達(dá)到顯著水平（P＜0.1），說明方程在實(shí)際應(yīng)用中方便可靠，存在統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，即為最優(yōu)回歸方程。

蘄艾品質(zhì)的形成與環(huán)境氣象因子密切相關(guān)，本研究為探索蘄艾種植合理布局提供數(shù)據(jù)支撐，也為蘄艾的氣候品質(zhì)評(píng)價(jià)提供參考。