基于GIS的六安市茶葉種植適宜性評價研究*

毛 雪，陳良松，馬友華，王 靜，唐 欣

(1.安徽農業大學經濟管理學院，合肥 230036； 2.六安市土壤肥料站，安徽六安 237000；3.安徽農業大學資源與環境學院，合肥 230036)

0 引言

茶樹是亞熱帶植物，有三大特點：喜酸怕堿，適宜生長在土質疏松、土層深厚、排水、透氣好的酸性土壤中，pH 4.5～5.5時，茶葉的咖啡因、茶多酚及氨基酸含量會更高； 喜光怕曬，其產量和品質受光照強度的影響，光照中的紫外線可以提高茶的水色和香氣，高山受輻射的紫外線較多，因此高山地帶的茶葉會比平地的茶葉味香，也有“高山云霧出好茶”的說法[1-3]； 喜溫怕寒、喜濕怕澇，茶葉喜歡溫暖的環境，一般在20～25℃的氣溫中最適宜生長。

目前，國內外很多學者在茶樹適宜性及其區劃方面做了較多研究。主要從氣候、地形、地質地貌和土壤因子等方面進行綜合分析和評價，實現了基于氣候適宜性角度的茶樹精細化評價[4-5]。隨著我國茶業經濟的迅速發展以及學科交叉研究的不斷深入，目前模糊綜合評判法、加權指數求和法、灰色系統理論、多元函數方程、通徑分析等現代數理統計學方法被廣泛運用，并借助GIS與數學模型集成技術，因地制宜地開展茶樹種植用地綜合區劃，為優化茶樹種植提供了依據，推動了茶葉科研和生產[6-8]。

隨著改革創新力度的加大，轉變農業發展方式、加快推進特色農業現代化發展成為當務之急，茶葉作為六安市的特色農業，目前已形成了六安瓜片、霍山黃芽、舒城小蘭花、華山銀毫、金寨翠眉等知名品牌。為進一步規劃六安市茶葉生產布局結構與發展方向，優化配置土地，將資源優勢轉化為經濟優勢，文章以六安市為研究區域，利用“縣域耕地資源管理信息系統”對茶葉進行適宜性評價，基于已有的數據資源，進行綜合的定量與定性分析，為茶樹管理和規劃提供準確、可靠的量化依據[9]，對六安市充分發揮區域自然資源優勢、挖掘土地利用潛力、實現茶樹優質高產和茶樹用地可持續發展具有重要意義。

1 研究區概況

六安市地處北緯31°，擁有獨特的地理環境優勢，晝夜溫差大，光合作用強，茶葉生長期長，茶樹多生長在海拔500～700m 的高山上，山上云霧繚繞，濕度大，漫射光多，群山環抱，有利于茶多酚、氨基酸等營養物質的積累。市內貫穿佛子嶺、磨子潭、響洪甸等六大水庫，水系的云集程度世界罕有。茶葉是六安市主要的經濟作物，是農業的主導產業，主要分布在霍山縣、金寨縣和舒城縣等縣區，現有六安瓜片、金寨翠眉、霍山黃芽等眾多特色名茶，其中霍山、金寨、舒城、裕安是安徽十大產茶縣區。近年來，茶產業成為六安市山區經濟發展、茶農增收的主要支柱。2015年全市茶葉種植面積3.653 3萬hm2，同比2014年增長0.79%，總產量2.367 8萬t，同比2014年增長0.74%，取得了顯著的經濟效益，其中金寨縣茶葉總產量7 600t，六安市轄區茶葉總產量6 878t，霍山縣茶葉總產量6 764t。

2 數據來源與研究方法

2.1 數據來源

園地是農用地的一種，是種植以采集果、葉為主的集約經營的多年生木本和草本植物的土地，包括果園、茶園和其他園地。評價基于六安市茶園用地，借助GIS從六安市土地利用現狀數據庫中提取茶園用地以及行政區界線的空間矢量數據，與六安市行政區劃圖、土壤圖疊加形成茶葉適宜性評價管理單元。數據主要包括研究區的地形、地貌、質地、剖面、土壤養分等。其中土壤數據包括耕層質地、pH、土壤類型等主要來源于六安市土肥站提供的1： 20萬土壤圖； 養分狀況中的有機質、有效磷、速效鉀、有效鋅等數據來源于六安市歷年土壤肥力監測點田間記載及化驗結果數據和測土配方施肥土壤采樣點所有化驗數據； 研究區的海拔高度、地形、地貌等數據來源于六安市地形圖。

2.2 研究方法

利用1985年第二次土壤普查以來積累的大量土壤資源調查數據以及六安市茶葉種植布局及發展資料，采用模糊評價法計算單因素評價評語、層次分析法計算單因素權重，最后利用加法模型計算六安市茶葉種植地力綜合指數，并對茶葉種植的適宜性評價結果進行校驗[10-11]。

3 研究內容

3.1 選擇評價因子

通過組織六安市茶葉、土肥、農學、園藝、植保和農業經濟管理等方面的專家進行集中研討，根據重要性、差異性、穩定性、易獲取性和精簡性等原則[12-13]，采用模糊評價法確定六安市茶葉適宜性評價因子，得出六安市茶葉適宜性評價結果主要受地形地貌、剖面構型、灌溉排澇、有機質等多種因素影響，并選取了包括立地條件、剖面組成、土壤管理、養分狀況和理化性狀五大類共13個因子(表1)，作為六安市茶葉種植適宜性評價的指標體系。

表1 六安市茶葉適宜性評價因子

準則層指標層立地條件地形部位、地貌類型、成土母質剖面組成剖面構型、土體有效厚度土壤管理灌溉能力、排澇條件養分狀況有機質、有效磷、有效鋅、速效鉀理化性狀耕層質地、pH

3.2 確定評價因子權重

采用層次分析模型計算參評因子的單因素權重[14-15]。首先建立層次結構模型，構造相應的判斷矩陣，對六安市13個評價指標進行層次單元排序及一致性檢驗，最后利用層次總排序及其一致性檢驗確定各評價因子的組合權重，結果見表2。

圖1 六安市茶葉評價因子層次結構

表2 六安市茶葉適宜性評價因子的層次分析

指標層(C)準則層(B)立地條件理化性狀養分狀況土壤管理剖面性狀組合權重0 35000 18330 20720 11240 1471∑CiAi成土母質0 35390 123865地形部位0 36110 126385地形地貌0 28500 09975耕層質地0 45710 08378643pH0 54290 09951357有機質0 44290 09176888有效磷0 22380 04637136速效鉀0 21670 04490024有效鋅0 11660 02415952灌溉條件0 53330 05994292排澇能力0 46670 05245708剖面構型0 39050 05744255耕層厚度0 60950 08965745

3.3 建立評價因子屬性數據庫

獨立于ArcGIS系統和空間數據庫，評價因子屬性數據庫的建立與錄入可在Visual FoxPro下通過鍵盤輸入的方式統一保存為DBF格式[16]。六安市茶葉適宜性評價選取的13個評價因子，根據其空間或屬性數據庫的特性，對每個評價單元進行數據賦值。地形部位、地貌類型、成土母質、剖面構型、耕層質地、有效土層厚度通過數字化形成矢量數據圖，直接和評價單元進行疊加賦值； pH、有機質、有效磷、速效鉀、有效鋅等土壤養分使用普通克里金插值方法(Ordinary Kriging)，利用區域統計功能(Cell Statistics)，統計出評價單元與轉換為柵格圖的插值結果重疊區域的平均值，根據區域統計的唯一標識字段進行賦值[17-18]； 對于評價因子中灌溉條件和排澇條件分布密度較大且分布較為均勻的采樣點采用耕地資源管理信息系統的以點帶面法進行賦值。

3.4 確定評價因子隸屬度

利用最小二乘法建立隸屬函數模型，模型中各個指標與耕地生產潛力的關系分為戒上型、戒下型、峰型、直線型和概念型。前4種類型利用特爾菲法對一組實測值評估相應的隸屬度，并根據數據擬合出隸屬函數； 概念型包括地貌類型、質地、剖面構型等定性、綜合性的評價指標，因與耕地生產能力之間呈非線性關系，評價時可用特爾菲法直接給出隸屬度。

圖2 六安市茶葉適宜性評價

表3 六安市茶葉適宜性評價分級

適宜性綜合指數面積(萬hm2)所占茶園地比例(%)高度適宜>0 70000 550415 07適宜0 6000～0 70000 779321 33勉強適宜0 5200～0 60001 820349 83不適宜<0 52000 503313 78

4 茶葉適宜性評價結果綜合指數與適宜性等級

4.1 六安市茶葉種植地力綜合指數

采用累加法計算每個評價單元的綜合地力指數，公式為：

IFI=∑(Fi×Ci)

(1)

式(1)中，IFI(Integrated Fertility Index)代表耕地地力數； Fi為第i個因素評分值； Ci為第i個因素的組合權重。

4.2 六安市茶葉種植適宜性等級

采用累積曲線分級法確定六安市茶葉種植適宜性等級，根據樣點分布頻率，將累計曲線的拐點處作為每一等級的起始分值，共分為高度適宜、適宜、勉強適宜和不適宜4個等級，并邀請當地領導依據實際情況對評價結果進行校驗，詳見圖2和表3。

5 六安市茶葉適宜性評價分區與特征

5.1 六安市茶葉適宜性評價分區

根據評價結果，六安市茶葉適宜性分區分為高度適宜、適宜、勉強適宜和不適宜4個等級。其中高度適宜區面積為0.550 4萬hm2，占六安市茶園地的15.07%； 適宜區面積為0.779 3萬hm2，占六安市茶園地的21.33%，勉強適宜區面積為1.820 3萬hm2，占六安市茶園地的49.83%，不適宜區面積為0.503 3萬hm2，占六安市茶園地的13.78%。結果表明，六安市適宜茶葉種植區占比36.4%，勉強適宜區占比接近50%，不適宜區占比相對較小，應根據當地的實際情況對六安市勉強適宜和不適宜區域進行改良或調整，可從事種植其他作物或用作他用。

表4 六安市茶葉分布

縣名茶園地總面積(萬hm2)適宜性評價等級面積及其占全縣園地總面積比例高度適宜(hm2)比例(%)適宜(hm2)比例(%)勉強適宜(hm2)比例(%)不適宜(hm2)比例(%)金安區0 0559 187 778433 61332 061959 4338 11076 820 81210 14霍山縣1 31862146 870816 282312 362817 547861 212059 62865 82056 56金寨縣1 58042260 944914 302511 127615 897572 996347 923459 197621 89舒城縣0 5246401 29777 651970 769437 572180 242141 56693 494113 22裕安區0 1738507 417129 19667 001638 37550 354431 6613 45710 78六安市3 65335504 309015 077793 323321 3318202 915549 835032 781013 78

圖3 六安市茶葉適應性評價分區

5.2 六安市茶葉適宜性區域特征

由圖3和表4可知，茶葉種植高度適宜區主要分布于霍山縣和金寨縣，占六安市茶園地面積的15.07%。這里以生產名特優茶為主，多低山丘陵和溝谷，土壤耕層厚度為4～25cm，有效土層厚度為70～285cm，平均pH 5.29，土壤呈酸性，質地以中壤至重壤、重壤至輕粘為主，有較強的排澇能力。由于當地水光熱資源豐富，土層深厚，質地適中，水、肥、氣、熱較為協調，利于開發高品質和高產量的名特優茶，有巨大的增收潛力，土壤中各養分含量及水平見表5。

表5 高度適宜區主要土壤養分含量及水平

項目有機質(g/kg)有效磷(mg/kg)全氮(g/kg)有效鋅(mg/kg)有效硼(mg/kg)平均值21 611 81 21 60 26含量水平中等中等中等中等缺

表6 適宜區主要土壤養分含量及水平

表7 勉強適宜區主要土壤養分含量及水平

表8 不適宜區主要土壤養分含量及水平

茶葉種植適宜區主要分布在霍山縣、金寨縣和舒城縣。該區以生產中、高檔綠茶為主，產量相對較高，諸佛庵鎮、大化坪鎮、古碑鎮、舒茶鎮、但家廟鄉、東河口鎮、東西溪鄉、獨山鎮、分路口鎮等鄉鎮為茶園主要分布地。該地多丘陵、低山、中山區和山間盆地，以粗骨土為主，耕層厚度4～30cm，有效土層厚度13～285cm，平均pH 5.27，土壤呈酸性，質地以沙壤至重壤、中壤至重壤為主，排澇能力較強，茶園分布面積大，以紅綠茶兼營為主。生態環境相對于高度適宜區次之，通過改進生產技術和自然環境，可發展規模化種植。這里生產的茶葉品質優良且單產高，是六安市大宗名茶的主產區，土壤中各養分含量及水平見表6。

茶葉種植勉強適宜區主要分布在霍山縣和金寨縣。該地多低山、中山、丘陵區和山間盆地，以粗骨土和黃棕壤性土為主，耕層厚度4～30cm，有效土層厚度13～110cm，平均pH 5.27，土壤呈酸性，養分含量中等，質地以沙壤和輕壤至中壤為主，排澇能力一般，由于分布在山頂和陰坡處，熱量條件較差，茶樹易受霜凍危害，種植茶葉需要進行必要的土地改造。在該區域規劃茶葉種植時，應從成本角度等方面考慮，積極推廣和發展無公害茶園種植，努力提高茶葉單產和品質，土壤中各養分含量及水平見表7。

茶葉種植不適宜區在金寨縣分布面積較大。該區茶園多位于中山區，以粗骨土為主，耕層厚度8～15cm，有效土層厚度13～65cm，平均pH 5.23，質地以沙壤為主，排澇能力較弱。該區水光熱資源相對較差，土層厚度薄，養分含量低，低洼漬水且排水能力差，不利于茶樹生長，土壤中各養分含量及水平見表8。

5.3 六安市茶葉種植的發展建議

(1)科學區劃，建設適度規模的茶葉生產基地。六安市適宜茶葉種植的區域高達1.329 8萬hm2，占全市茶園面積的36.4%，主要集中在霍山縣、金寨縣和舒城縣，具有發展茶產業的巨大潛力和優勢。首先要做好各鄉鎮的發展規劃，選擇基礎條件較好的霍山縣、金寨縣和舒城縣，充分依托和發揮當地獨特的資源優勢，利用得天獨厚的宜茶環境，劃定產地地域保護范圍，強化科技支撐，培育出適合各鄉鎮發展的“拳頭”產品。通過無性系良種良法栽培技術、有機茶生產技術、測土配方施肥等一系列技術集成，建立六安市現代高效生態茶園和高標準示范基地。

(2)綜合整治，建設生態茶園。土壤是茶樹生長和品質形成的物質基礎。六安市東南部和西南部土壤呈弱酸性，可施硫黃粉或用生理化學酸性肥料來降低土壤pH以適宜茶葉生長； 土壤質地是反映土壤物理性質的綜合指標，對金寨縣東部和南部質地黏重、透水性差的區域進行深耕細作，配合施肥灌溉，熟化活土層，為茶葉生長創造良好條件； 土壤肥力是土壤為茶葉生長提供營養條件和環境條件的能力，六安市南部和西南部的土壤土體結構緊密、容重大、養分缺乏，需增施有機肥等培肥措施，在施肥中應注意將中量元素和氮、磷、鉀配合施用并交換輪流施用多種肥料品種以達到平衡施肥。同時，要從生態經濟系統的綜合性和協調性出發，著重規劃建設六安市茶園的排水和儲水系統，并以預防病蟲害防治為主，力求最大程度的減少茶葉農藥殘留，實現茶園生態建設。

6 討論

該文通過計算茶園評價單元的綜合指數，采用累積曲線法確定了六安市茶葉種植適宜性分為高度適宜、適宜、勉強適宜和不適宜4個等級。六安市適宜茶葉種植區主要分布在西南部、中部和東南部以及葉集區和霍邱縣南部的小部分區域，北部因地形、土壤、氣候等因素，不適宜種植茶葉，應根據因地制宜和針對性原則，合理規劃，優化布局，提高六安市茶葉種植生產力，實現茶葉優質高產。

影響茶葉種植適宜性的因素主要包括自然環境因素和社會經濟因素，該文是基于六安市氣候環境相對一致的前提下著重對土壤和地形等因素開展的評價。為提高評價的科學合理性，今后在研究與實際應用中需引入不同地形的小氣候、降水和社會經濟等因素，進一步修正與完善評價指標體系。

[1] 肖智， 黃賢金，孟浩，等.2009～2014年中國茶葉生產空間演變格局及變化特征.地理研究， 2017, 36(1): 109～120

[2] 李時睿， 王治海，楊再強，等.江南茶區茶葉生產現狀和氣候資源特征分析.干旱氣象， 2014, 32(6): 1007～1014

[3] 毛雪， 朱海娣，馬友華，等.安徽省現代特色農業生態地質條件分析.中國農學通報， 2016, 32(29): 194～199

[4] 張瑋瑋， 申雙和，劉敏，等.湖北省茶樹種植氣候區劃.氣象科學， 2011, 31(2): 153～159

[5] 吳克華， 趙衛權，廖鳳林，等.貴州省茶園生態適宜性研究.中國農業資源與區劃， 2014, 35(2): 108～116

[6] 趙輝， 米鴻濤，杜子璇.基于AHP的模糊綜合評判在茶葉氣候種植區劃中的應用.氣象科技， 2013, 41(6): 1134～1137

[7] 曾宇懷， 鐘凱文，王小輝，等.基于GIS 的興寧市油茶種植適宜性評價.熱帶地理， 2014, 34(1): 104～107

[8] 杜霞飛， 宗良綱，張琪惠，等.基于空間差異的有機茶園環境適宜性評價的土壤采樣方法.農業環境科學學報， 2017, 36(1): 150～157

[9] 吳承龍， 程亮，王成庭，等.基于GIS的皖南山區茶葉種植適宜性評價.農業網絡信息, 2012，(2)： 27～32

[10]董博， 江晶，郭天文，等.鎮原縣玉米生態適宜性評價及種植區劃.土壤通報， 2016， 44(3) 526～531

[11]卜坤， 王治良，張樹文，等.三江平原大豆種植的土地適宜性評價.中國生態農業學報， 2017, 25(3): 419～428

[12]全國農業技術推廣服務中心. 耕地地力調查與質量評價.北京：中國農業出版社, 2005，(8)： 236～238

[13]閆閃閃， 梁留科，余汝藝，等.城市修建主題公園適宜性評價指標體系研究.地理科學， 2016, 36(2): 213～221

[14]齊增湘， 廖建軍，徐衛華，等.基于GIS的秦嶺山區聚落用地適宜性評價.生態學報， 2015, 35(4): 1274～1283

[15]岳晨， 崔亞莉，饒戎，等.基于生態規劃的長春市土地生態適宜性評價.水土保持研究， 2016, 23(2): 318～322

[16]全國農業技術推廣服務中心. 耕地地力評價指南.北京：中國農業科學技術出版社， 2006.36～37

[17]閆一凡， 劉建立，張佳寶.耕地地力評價方法及模型分析.農業工程學報， 2014, 30(5): 204～210

[18]Yaylah-Abanuz G，Tuysuz N.Heavy metal contamination of soils and tea plants in the eastern Black Sea region，NE Turkey.Environmental Earth Science， 2009， 59： 131～144