貴州省開陽茶園土壤養分狀況與肥力質量評價①

任艷芳，何俊瑜，張艷超，劉 冬，王艷玲，陳 會（貴州大學農學院，貴陽 550025）

貴州省開陽茶園土壤養分狀況與肥力質量評價①

任艷芳，何俊瑜*，張艷超，劉 冬，王艷玲，陳 會
（貴州大學農學院，貴陽 550025）

為明確貴州省開陽縣茶園土壤養分狀況，為優質茶葉生產提供參考，對貴州省開陽縣茶園土壤進行了調查，分析了 158 個土壤樣品的養分含量及養分間的相關性，并采用主成分分析法和模糊數學隸屬度函數模型，通過計算土壤肥力綜合指標值 （IFI） 對土壤養分狀況進行綜合評價。結果表明：貴州省開陽茶園土壤 pH 偏酸，有機質、全氮和堿解氮含量較為豐富；但全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量缺乏所占比例較大，分別僅有 16.46%、14.56%、20.89% 和 12.66% 的土壤樣品達到優質高產茶園標準。開陽茶園土壤 IFI 值平均為 0.59，屬于中等以上土壤肥力茶園所占的比例為 61.40%，茶園土壤肥力質量總體水平屬于良好，但土壤偏酸，速效磷和速效鉀的含量相對偏低，應重點改酸和增施磷鉀肥。

開陽；茶園；土壤養分；綜合評價

茶是世界三大飲料之一，全世界飲茶的人數約占世界總人口的一半。因茶葉中富含大量的對人體健康有益的礦質元素、維生素、茶多酚等而深受歡迎，茶被譽為 21 世紀世界最流行、最健康的飲品［1］。

茶樹正常生長需要有一個適宜的生長環境，也是優質茶葉生產的必要條件，茶園土壤養分狀況是其中最主要的因素之一，土壤的養分水平將直接影響茶葉的產量和品質，茶樹的生長發育和茶葉品質的形成需要各種必需營養元素，它們直接參與組成植物有機物質，其中多數就是茶葉品質成分［2］，因此，茶園土壤肥力質量的綜合評價對茶園養分管理具有重要的現實意義。我國對茶園土壤的養分及肥力狀況已做了一些研究。韓文炎等［3］的研究表明，中國茶園土壤養分含量變幅較大，茶園土壤養分供應能力低且不平衡，有機質貧缺和酸化日趨嚴重。高婷等［4］對陜西商南茶區土壤養分狀況分析結果表明該區土壤 pH 呈中性偏酸，土壤全氮、有效磷、交換性鉀及多種微量元素含量豐富，但土壤有機質難以滿足茶樹的需求，且各養分變異系數較大。陳嬋嬋等［5］研究表明陜南茶園速效磷含量整體水平較低；速效鉀含量中等水平，但是各茶園之間差異較大。高菲菲等［6］研究表明西雙版納茶園養分特征表現為有機質含量豐富，堿解氮和速效鉀含量以及土壤的酸堿度適中，有效磷含量較缺乏。傅海平等［7］研究表明長沙縣“百里茶廊”茶園土壤酸化程度嚴重，堿解氮含量較高，速效鉀含量偏低，土壤養分狀況存在廣泛變異。準確掌握茶園土壤養分狀況是茶樹合理施肥的前提條件。這些研究都為當地茶園合理施肥和提高茶葉產量提供了參考。

貴州省開陽縣地處黔中腹地，氣候溫和，冬無嚴寒，夏無酷暑，雨量充沛，土壤富硒，是貴州省主產茶區之一，茶園面積約 2 萬 hm2，茶葉已成為開陽縣經濟發展的重要支柱產業、優勢產業和特色產業，成為廣大農民的重要收入來源。近年來，雖然開陽茶園面積增加迅速，但配套的茶園管理水平相對落后，茶農科學施肥的意識及其技術不夠。隨著茶葉的連年采摘以及不合理的施肥，特別是氮肥的過量施用，導致茶園土壤酸堿度和養分含量失衡，嚴重制約了當地茶產業的可持續發展。據韓文炎等［8］調查發現，中國典型茶區氮肥使用量在 0 ～ 2 600 kg/hm2之間，平均氮肥使用量 553 kg/hm2，大量使用速效性氮肥不僅造成氮肥利用率明顯降低，而且導致嚴重的環境污染。目前，有關開陽縣茶園土壤養分狀況及茶園土壤肥力質量綜合評價的研究尚未見報道。為了掌握開陽茶園土壤養分含量狀況，改善開陽茶園土壤養分管理措施，達到茶葉優質、高效、高產和茶葉生產可持續發展的目的，本研究通過對貴州省開陽茶園土壤養分狀況的分析，同時通過主成分分析和模糊數學隸屬度函數模型，對開陽茶園土壤養分狀況進行綜合評價，從總體上掌握開陽茶園土壤肥力狀況，為指導開陽茶園土壤合理施肥和養分管理、提高茶葉產量和品質、保護環境提供重要的理論依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

于 2013 年 11 月初根據開陽縣茶園的分布狀況，選擇具有代表性的茶園采集 158 個土樣，其中南龍鄉 28 個、龍崗鎮 25 個、禾豐鄉 13 個、高寨鄉 22 個、花梨鄉 16 個、城關鎮 15 個、南江鄉 9個、楠木渡鎮 12 個、馮三鎮 6 個、毛云鄉 6 個、米坪鄉 6 個。每 66.7 ～ 133.3 hm2茶園取 1 個土壤樣品，同一采樣單元內，在尚未施肥的茶蓬下離根莖30 ～ 35 cm 處“S”形取 8 ～ 10 個小樣點土壤，土樣采集深度為 0 ～ 20 cm，將各采樣點的土樣混合均勻，用四分法棄取，使各混合土樣保留 1 kg 左右。將土樣登記編號后，經過自然風干、去雜、磨細、分別過 2 mm 和 0.149 mm 篩、混勻，裝塑封袋后備用。

1.2 測定項目及方法

對所采土樣的 pH、有機質、全氮、堿解氮、全磷、有效磷、全鉀和速效鉀進行分析測定。土壤pH 測定采用水浸提電位法 （水土比為 2.5︰1）；土壤有機質的測定采用重鉻酸鉀容量法；土壤全氮測定采用 H2SO4消解-凱氏定氮法；土壤堿解氮的測定采用堿解擴散法；全磷測定采用鉬藍比色法；全鉀測定采用火焰光度法；土壤有效磷的測定采用 0.5 mol/L NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；土壤速效鉀的測定采用 1 mol/L 中性 NH4Ac 浸提-火焰光度計法［9］。

1.3 茶園土壤養分狀況評價標準

根據國家綠色食品產地質量標準 （NY/T391-2000）［10］、國家茶葉產地環境技術條件（NY/T853-2004）中茶園土壤的肥力分級標準［11］和優質高效高產茶園的土壤營養診斷指標［3］提出茶園土壤養分含量分級標準（表1）。

表1 茶園土壤養分分級標準Table1 Classification standards of soil nutrients of tea garden

1.4 茶區土壤肥力綜合評價方法

1.4.1 土壤單項肥力質量指標隸屬度的確定 選取 pH、有機質、全氮、堿解氮、全磷、速效磷、全鉀及速效鉀 7 項指標作為確定開陽茶園土壤肥力綜合指標值 （IFI） 的因子。根據各項肥力指標與茶樹營養的關系，結合已有的研究結果和專家的經驗［12-13］，確定各養分指標的隸屬度函數類型及曲線轉折點的取值 （表2）。常用的隸屬度函數有兩類，分別是 S型隸屬度函數和拋物線型隸屬度函數，其中有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀屬于 S型隸屬度函數，pH 屬于拋物線型隸屬度函數。其函數表達式分別為：

S 型隸屬度函數：

拋物線型隸屬度函數：

由此計算出各項養分指標的隸屬度值，其值大小反映土壤養分的優劣。隸屬度取值范圍為 0.1 ～ 1.0，1.0 表示土壤中的該項肥力指標處于最良好的狀態。

1.4.2 土壤單項肥力評價指標權重系數的確定 權重系數表征各肥力指標對土壤肥力的影響程度或貢獻率。本研究采用主成分分析法來確定土壤單項肥力因子的權重值［14-15］。

表2 土壤肥力指標隸屬度函數曲線中轉折點的取值Table2 Values of turning points in membership function of soil fertility quality indices

1.4.3 土壤肥力綜合指標值的計算 土壤肥力綜合指標值 （Intergrated fertility index，IFI） 是一個反映土壤肥力狀況的指標值，其大小表示土壤肥力的等級，根據公式計算茶園土壤的 IFI 值：IFI＝ΣWi×Ni，其中：Wi 和 Ni 分別為第 i 種土壤肥力指標的權重系數和隸屬度［15-16］。

1.5 數據統計

所有試驗數據分析采用 IBM SPSS Statistics 16.0軟件進行。

2 結果與分析

2.1 茶園土壤 pH

土壤酸堿度是土壤的一個重要屬性，也是影響土壤肥力的一個重要因素。茶樹為喜酸性植物，對土壤酸堿度的反應特別敏感，酸性的大小直接影響到茶樹的生長以及茶葉的品質，其適宜生長的pH 為 4.0 ～ 6.5， 最適 pH 為 4.5 ～ 5.5［2］。由表3 可知，貴州省開陽茶園土壤 pH 變化范圍 3.73 ～ 6.31，平均值4.45，變異系數 12.13%，變異較小，說明不同茶園土壤 pH 變異不大。從茶園土壤pH 分布來看，土壤pH 低于 4.5 的茶園占 47.47%，大部分茶園土壤 pH低于 5.5，高于 5.5 的茶園占 11.39%。有 41.14% 的土壤樣本達到優質、高效、高產茶園的土壤營養診斷指標 （表3）。總體來看，開陽茶園土壤 pH 略偏酸，這可能是由于氮肥施用量過多、茶樹自身物質循環和茶樹根系代謝有機酸的影響等引起的［17-18］。當茶園土壤的 pH 低于4.5，甚至 4.0 以下時，茶園土壤的理化性狀惡化，土壤微生物區系受到破壞，從而抑制了茶樹根系吸收營養元素的能力；導致土壤中 K、Ca、Mg、Zn、Cu 等元素大量流失，造成土壤和茶樹體內營養元素比例失調和缺乏，影響茶樹品質和產量的提高［18］。在生產管理中應采取一定的措施來中和土壤酸性，使之更適宜茶樹生長，如增施有機肥、適量施用石灰等。

表3 開陽茶園土壤主要養分狀況Table3 Major nutrient contents in tea gardens of Kaiyang

2.2 茶園土壤有機質含量

土壤有機質是土壤的重要組成部分，其含量水平與土壤肥力密切相關。土壤有機質是土壤微生物生活和茶樹多種營養元素的物質基礎，進而影響茶葉中內含物的合成，是反映土壤熟化度和肥力的重要指標之一［19-20］。從表3 可以看出，貴州開陽茶園土壤的有機質含量為 6.43 ～ 56.31 g/kg，均值為 28.42 g/kg，不同茶園土壤有機質含量差異較大，變異系數為53.48%。從分布來看，達到Ⅰ級茶園，即優質、高效、高產茶園的土壤營養診斷標準的達 70.25%，僅有8.23% 的土壤樣本有機質缺乏 （表3），說明開陽茶園土壤的有機質含量豐富，可能是由于隨著茶樹種植年限的延長，枯枝落葉在地面大量積累，形成大量腐殖質，茶園土壤的有機質含量相對較高；此外，茶樹為富酚植物，茶葉中的多酚含量比其他植物高得多，會抑制土壤微生物和土壤酶活性，所以茶樹落葉在土壤表層的分解比較緩慢［21］。

2.3 茶園土壤全氮和堿解氮含量

氮能夠直接或間接影響茶樹的代謝活動和生長發育，能促進茶樹養分的吸收和同化作用，是茶葉中氨基酸、蛋白質、酶、輔酶、葉綠素和核酸等化合物的成分［13］。由表3 可見，貴州省開陽茶園土壤全氮含量在 0.29 ～ 2.60 g/kg 范圍內，平均為 1.24 /kg，其中有 60.76% 的土壤全氮含量高于1.00 g/kg，達到優質、高效、高產茶園的土壤營養診斷標準；有22.15% 的土壤全氮含量在 0.80 ～ 1.00 g/kg （表3）。可見，開陽茶園土壤全氮含量總體豐富。堿解氮是土壤有效氮的一個常用指標。開陽茶園土壤堿解氮含量變異較大，范圍 45.33 ～ 223.21 mg/kg，平均值109.16 mg/kg （表3）。從土壤堿解氮含量分布來看，土壤堿解氮含量達到優質、高效、高產茶園的土壤營養診斷標準的土壤樣本占 56.96%，27.85% 處于Ⅱ級茶園，有 15.19% 的土壤樣本處于供氮不足的狀態，即 Ⅲ 級茶園 （表3）。開陽茶園土壤速效氮含量總體較高，這是由于人們為了追求茶葉產量，大量施用氮肥所致。適量施氮對茶樹產量和品質有較好促進作用，但氮肥施用過量不僅會造成茶葉品質下降，還會導致茶園土壤酸化［22］。

2.4 茶園土壤全磷和速效磷含量

磷是茶葉中蛋白質的成分，參與茶樹的許多生理過程，如光合作用、呼吸作用及生長發育等，能促進淀粉和葉綠素的合成，促進茶樹根的發育和養分吸收［13］。由表3 可知，貴州省開陽茶園土壤全磷含量在0.19 ～ 1.31 g/kg 范圍，平均為 0.62 g/kg，其中大于1.0 g/kg 的占 16.46%，小于 0.4 g/kg的占 43.04%，全磷缺乏比例較高。茶園土壤速效磷含量范圍 1.21 ～26.06 mg/kg，平均值 9.81 mg/kg （表3）。從土壤速效磷含量分布來看，14.56% 的茶園土壤速效磷豐富達到Ⅰ級茶園土壤標準，48.73%速效磷含量尚可達到Ⅱ 級土壤標準，另外 36.71% 的茶園土壤速效磷含量低于 5 mg/kg。從整體來看，開陽茶園土壤速效磷含量供應狀況偏低，只有 14.56% 的土壤樣本達到優質、高效、高產茶園的土壤營養診斷指標 （表3），變異系數較大為 79.20%，說明不同茶園之間土壤速效磷的差異大。其原因可能是由于不同茶園的土壤養分管理方式不同所造成的。因此，應根據茶園土壤磷素狀況適當增加茶園磷肥的施用量，但是磷肥施入土壤后，不易被植物吸收利用，有效性較低［23］，所以在磷肥的使用上主要以有機肥和無機磷肥混合施用來提高磷素水平。

2.5 茶園土壤全鉀和速效鉀含量

鉀是許多酶的活化劑，在茶樹代謝中起調節作用，能促進茶樹根的發育，促進同化作用，調節蒸騰作用，增強茶樹對凍害、病蟲害等的抵抗力，還能改善茶葉的香氣［13， 24］。由表3 可知，貴州省開陽茶園土壤全鉀含量在 0.81 ～ 22.12 g/kg 范圍，平均為 7.86 g/kg。全鉀含量低于 5.00 g/kg 的為34.81%，全鉀含量達到Ⅱ級土壤標準以上水平（含量＞5.0 g/kg）的占 65.19%，但只有 20.89% 的土壤樣本達到優質、高效、高產茶園的土壤營養診斷指標，說明開陽部分茶園土壤供鉀不足。開陽茶園土壤速效鉀含量變異較大，范圍 19.13 ～ 162.56 mg/kg，平均值 77.22 mg/kg （表3），變異系數為 56.15%。供試土壤中 12.66% 的土壤樣本符合優質、高效、高產茶園土壤營養診斷指標，52.53% 的土壤樣本速效鉀含量達到Ⅱ級土壤標準以上。總體來看，開陽茶園土壤速效鉀缺乏較嚴重，處于 Ⅲ 級土壤（缺乏）的土壤樣本占 47.47%。應充分重視鉀肥的施用，同時，鉀肥的適宜用量應根據土壤供鉀情況和喀斯特山區，降水量較豐富、鉀肥易淋失的特點科學確定。

2.6 土壤養分指標的權重值

采用主成分分析法，選取累積百分率大于 85%的主成分計算得到的權重值，結果見表4。

表4 各個指標的權重值Table4 Weight values of indexes

2.7 開陽茶園土壤肥力綜合評價

貴州省開陽茶園土壤綜合肥力指數（IFI）為 0.21 ～0.92，平均值為 0.59，變異系數為 14%。將 SFI 劃分為 4 個等級，即Ⅰ（IFI≥0.75）、Ⅱ（0.50≤IFI＜0.75）、Ⅲ（0.25≤IFI＜0.50） 和 Ⅳ（SIFI＜0.25），大部分茶園土壤處于Ⅱ和 Ⅲ 級水平（表5），分別占 49.37% 和 29.77%，土壤養分狀況總體良好，僅有 8.86% 的土壤樣本土壤肥力綜合指數在 0.25 以下，這一小部分茶園需要改善土壤肥力和改進施肥策略。

表5 開陽茶園土壤綜合肥力指標分布Table5 Distribution of soil integrated fertility index for tea garden in Kaiyang

從圖1 和表6 可知，開陽茶園土壤肥力水平存在明顯的空間異質性。開陽茶園土壤肥力指數由大到小依次為：禾豐鄉＞南龍鄉、南江鄉＞毛云鄉＞龍崗鎮＞花梨鄉、高寨鄉＞城關鎮＞米坪鄉＞楠木渡鎮＞馮三鎮。茶園土壤肥力綜合指數屬于Ⅰ級的主要分布在禾豐鄉和南龍鄉，分別占當地茶園的30.77% 和17.86%，這部分地區能滿足優質茶葉生產的土壤條件。茶園土壤肥力綜合指數為Ⅱ和 Ⅲ級在各鄉鎮均有分布，Ⅱ級主要集中在南龍鄉、龍崗鎮、南江鄉、花梨鄉、高寨鄉、毛云鄉和米坪鄉，這些地區有近一半的茶園屬于該級；除南龍鄉、龍崗鎮和花梨鄉外的其他鄉鎮均有超過 30% 的茶園土壤綜合肥力指數屬于 Ⅲ 級，其中以楠木渡鎮 Ⅲ 級所占比例最高，這些區域雖然 pH、有機質和氮含量較適宜，但磷鉀含量較缺乏，需增施磷鉀肥。茶園土壤肥力綜合指數為 Ⅳ 的區域較少，分別零星分布在除南江鄉、禾豐鄉和毛云鄉的其他鄉鎮，這些地區土壤有機質、氮含量偏低，磷鉀較為缺乏，個別區域土壤酸化嚴重，需培肥和改酸。

圖1 開陽茶園土壤肥力綜合指數的空間分布Fig. 1 Spatial distribution of soil IFI of tea garden in Kaiyang

表6 開陽不同鄉鎮茶園土壤綜合肥力等級分布Table6 Proporations of soil integrated fertility indexes of tea gardens in different towns in Kaiyang

3 小結

1） 開陽茶園土壤 pH 偏酸，有機質、全氮和堿解氮含量豐富，分別有 70.25%、60.76% 和 56.96%的土壤樣本達到優質、高效、高產茶園的土壤標準；全磷、速效磷、全鉀和速效鉀含量較低，分別有43.04%、36.71%、34.81% 和 47.47% 的土樣處于 Ⅲ級茶園土壤標準。

2） 開陽茶園土壤整體肥力屬于良好水平，但需注重磷、鉀肥的投入，同時采取措施防止茶園土壤酸化。

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Soil Nutrient Status and Comprehensive Evaluation of Quality of Soil Fertility of Tea Garden in Kaiyang of Guizhou Province

REN Yanfang， HE Junyu*， ZHANG Yanchao， LIU Dong， WANG Yanling， CHEN Hui
（College of Agriculture， Guizhou University， Guiyang 550025， China）

In order to investigate nutrients in tea gardens of Kaiyang and to provide the theoretical basis for the production of tea with good quality and high yield， 158 soil samples were collected， pH， organic matter， total nitrogen， available nitrogen，total phosphorus， available phosphorus， total potassium and available potassium and the relationship between them was measured and analysed. The methods of principal component analysis and membership function of fuzzy mathematics were used to estimate the status of soil fertility by means of estimating IFI. The results showed that the soil of tea gardens of Kaiyang was slightly acid. The contents of soil organic matter， total nitrogen and available nitrogen were sufficient for tea growth. The contents of total phosphorus， total potassium， available phosphorus and potassium were low， and only 16.46%， 14.56%， 20.89% and 12.66% of the samples reached the soil nutrient levels with good quality and high yield tea garden soil standard. Soil intergrated fertility index （IFI） was 0.59. According to the value of IFI， tea garden with fertility at high and middle grade accounted for 61.40%， so the soil fertility quality of tea garden of Kaiyang belonged to middle level in general. It suggested that soil fertility management should focus on increasing the content of phosphorus and potassium and improving the pH value.

Kaiyang； Tea garden； Soil nutrient； Comprehensive evaluation

S158；S571

10.13758/j.cnki.tr.2016.04.007

國家自然科學基金項目（31460100和41261095）和貴州省優秀科技教育人才省長專項基金項目 （黔省專合字［2008］5號）資助。

（junyuhe0303@sina.com）

任艷芳（1976—），女，山西太原人，博士，教授，從事植物營養與生理生態研究。E-mail： yanfangren@126.com