昌寧縣茶園土壤養分及肥力質量評價

萬人源，周大鵬，楊 愷，和明珠，李金秋，謝 瑾，李家華，楊廣容

(1.云南農業大學茶學院 昆明 650201;2.昌寧縣農業農村局茶葉技術推廣站 云南 昌寧 678100)

【研究意義】土壤是茶樹[Camelliasinensis(L.) O.Kuntze.]生長的基質，土壤肥力作為土壤各個指標質量的綜合體現，其質量高低對茶樹生長發育有重要影響。而土壤養分作為土壤肥力的重要組成要素之一，其豐缺程度將直接影響茶葉的品質和產量[1]。在長期的茶樹栽培過程中，為了提高茶葉的品質和產量，茶園化肥和農藥的施用量不斷增加，造成茶園土壤酸化、肥力下降等問題，嚴重阻礙了茶葉生產的可持續性[2-3]。因此，對茶園土壤養分質量進行綜合評價，可以科學指導茶園精準施肥和土壤改良，對茶葉生產的可持續性發展具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】中國眾多學者對各地茶園土壤養分特征進行研究，許燕等[4]研究發現，勐臘縣茶園土壤有機質含量豐富，但速效磷和鉀素含量水平較低。朱興正等[5]對芒市茶園土壤養分進行研究發現，芒市茶園土壤潛在酸化嚴重，有機質、全氮和有效鎂鋅含量豐富，但土壤速效鉀、有效銅和有效錳含量相對較低。高菲菲等[6]對普洱市茶園土壤進行分析研究，結果表明普洱市茶園土壤pH和養分總體適宜茶樹生長，但土壤堿解氮和速效鉀含量偏低。茶園土壤養分特征研究結果為各地茶園土壤施肥管理和肥力維護提供科學依據，促進茶園測土配方施肥、精準施肥，既降低茶園施肥成本，又增加茶葉產量、提高茶葉品質。關于土壤肥力質量評價的主要方法有基于主成分分析的綜合肥力指數法、模型法，基于GIS技術等計算機技術方法、動力學方法、人工神經網絡法、生命周期法等[7-8]。劉娟等[9]對勐?？h6個鄉(鎮)茶園土壤進行pH、有機質及氮磷鉀三要素的含量測定，采用模糊數學隸屬度函數模型，進行土壤肥力綜合指數(IFI)評價，進而提出針對性地施肥策略。【本研究切入點】昌寧縣位于云南省西部，有悠久的茶葉種植歷史，茶葉作為昌寧縣的支柱產業，全縣茶葉種植面積已超過1.6萬hm2，是當地茶農的主要經濟收入來源之一[10]。但目前對于昌寧縣茶園土壤肥力質量的相關研究較少?！緮M解決的關鍵問題】本研究選取昌寧縣境內8個茶葉主產鄉(鎮)具有代表性的26個茶園，進行土壤樣本的養分狀況測定分析，并應用模糊數學隸屬度函數模型，計算土壤肥力綜合指數(IFI)。為全面了解昌寧縣茶園土壤養分特征和土壤肥力質量，從而對昌寧縣茶園土壤養分狀況進行綜合評價。研究結果可為昌寧縣茶園土壤精準施肥和土壤改良，促進茶葉產量和品質提高提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

昌寧縣位于云南省西部，總面積3888 km2，海拔相對高差2267.9 m，地形較為復雜，多高山丘陵。境內擁有多種氣候類型。年平均氣溫14.9 ℃，境內雨量充沛，年平均降水量約為1265 mm?，F設14個鄉(鎮)，總耕地面積2.8萬hm2。境內地質年代古老，地貌多樣，境內已探明和發現鐵、銅、鉛等多種金屬礦種。地帶性土壤有黃壤、紅壤、磚紅壤、黃棕壤、紅土和棕壤6類。非地帶性土壤有紫色土、水稻土、石灰土和沖積土4類[10]。

1.2 土壤樣品采集

根據昌寧縣土地利用情況、茶園面積大小和所處海拔高度，2021年1月分別在昌寧縣8個鄉(鎮)26個茶園樣地(表1)，按“S”形五點取樣取距茶樹施肥溝5～10 cm處0～20 cm混合土壤樣品26個，樣品充分混合后，四分法反復取舍，保留1 kg左右，混合土樣帶回實驗室，進行土樣自然風干，以供土壤農化分析。

表1 土壤樣品信息

1.3 樣品測定方法

土壤pH采用2.5∶1.0水土(液土比)用玻璃復合電極法測定; 土壤有機質(Soil organic matter，SOM)：重鉻酸鉀容量法——外加熱法;全氮(Total nitrogen，TN)：濃硫酸—雙氧水消煮——凱氏定氮法; 全磷(Total phosphorous，TP)：氫氧化鈉熔融——鉬銻抗比色法; 全鉀(Total potassium，TK)：氫氧化鈉熔融——火焰光度法;堿解氮(Available nitrogen，AN)：1 mol/L NaOH堿解擴散法; 速效磷(Olsen-P，AP)： 0.5 mol/L碳酸氫鈉溶液浸提——鉬藍比色法;速效鉀(Available potassium，AK)：采用乙酸銨浸提——火焰光度法; 有效鐵(Available Iion，AI)：0.005 mol/L DTPA-0.01 mol/L CaCl2-0.1mol/L TEA浸提劑(pH 7.3)浸提，ICP-AES測定(LY/T 1262—1999);有效銅(Available Copper，AC)：0.1 mol/LHCl浸提，ICP-AES測定(LY/T1260—1999);有效鋅(Available Zine，AZ)：0.1 mol/L HCl浸提，ICP-AES測定(LY/T 1261—1999)；有效錳(Available Manganese，AM)：0.005 mol/L DTPA-0.01 mol/L CaCl2-0.1 mol/L TEA浸提劑(pH 7.3)浸提，ICP-AES測定(NY/T 890—2004)[11]。

1.4 土壤養分單項指標評價

結合國家綠色食品產地環境質量標準(NT/T391—2000) 中茶園土壤的肥力分級標準、優質高產茶區土壤營養診斷指標和第二次土壤普查提出的茶園土壤養分評價標準(表2)[12]，對本研究各茶園土樣養分狀況，進行豐缺性評價。

表2 茶園土壤養分分級標準

本研究選取pH、SOM、TN、TP、TK、AN、AP、AK、AI、AM、AC、AZ共12項土壤養分指標作為土壤肥力質量評價指標。

1.5 土壤肥力質量評價方法

1.5.1 隸屬度函數的確定 常用的隸屬度函數有拋物線型和S型兩種，根據各評價指標與作物間效應的關系可知，除pH屬于拋物線型函數外，其余各指標均屬于S型函數[7]。

拋物線型函數：

S型函數:

式中，x表示該養分指標的實測值。

1.5.2 隸屬度曲線轉折點取值確定 結合前人研究[1，9]與研究區實際生產情況確定隸屬度轉折點取值如表3所示，求出的各個指標的隸屬度值在0.1～1.0，最大值1.0表示該指標能滿足茶樹生長的最佳狀態，因為現實生產中，土壤中不會完全不含某一成分，因此為了符合生產實際，取最小值(0.1)。

表3 隸屬度曲線轉折點取值

1.5.3 土壤肥力單項指標權重確定 在土壤環境中，各個要素之間相互作用，因此土壤肥力單項指標權重可以由各個要素之間的相關系數來確定。權重系數計算公式為:

式中，vi為第i項指標與其他指標的相關系數平均值。

1.5.4 土壤肥力指標隸屬度值計算 根據加法法則，在相互交叉的同類指標間采用加法合成求出土壤肥力的綜合性指標IFI值，計算公式為:

IFI=ΣWi×Ni

式中，Wi和Ni分別表示第i種肥力指標所對應的權重系數和其肥力指標隸屬度值，IFI值越高表明土壤肥力質量越好。

1.5.5 數據分析 土壤樣品各指標測定結果采用軟件SPSS 22.0和Excel 2016進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 土壤pH

土壤pH對茶園養分有效性和茶樹對營養元素吸收產生極大的影響。由表4可知，26個土壤樣品的pH為4.23～5.19，平均值為4.79。不同土壤樣本間變異系數為5.22%，為弱變異，表明昌寧縣茶園土壤pH空間差異較小。通過與茶園土壤分級標準進行比較，除勐統鎮為Ⅱ級土壤水平外，其余鄉(鎮)均達到Ⅰ級土壤水平。

2.2 土壤有機質

由表4可知，昌寧縣茶園土壤有機質含量在26.35～84.70 g/kg，平均值為58.48 g/kg，變異系數為30.29%，為中等變異。8個鄉(鎮)茶園土壤有機質含量均高于Ⅰ級標準，昌寧縣境內各個茶園土壤有機質含量較高，有利于茶樹發育生長。

2.3 土壤氮素

昌寧縣8個鄉(鎮)茶園土壤樣本全氮含量為0.56～3.55 g/kg(表4)，平均值為1.63 g/kg，變異系數為41.48%，為高度變異，不同鄉(鎮)間土壤全氮含量水平差異較大。除勐統鎮為Ⅱ級土壤標準外，其余7個鄉(鎮)茶園土壤全氮含量均超過Ⅰ級茶園土壤標準。總體上看來，昌寧縣茶園土壤全氮含量較為豐富。

土壤堿解氮是茶樹生長過程中能被有效利用的部分。本研究茶園土壤中堿解氮的含量為70.29～212.63 mg/kg，平均值為136.40 mg/kg，與茶園土壤養分分級標準(表2) 進行對比，昌寧縣8個鄉(鎮)茶園土壤堿解氮含量均達到Ⅰ級土壤標準，其中大田壩鄉茶園土壤堿解氮含量最高，均值為158.73 mg/kg。更戛鄉茶園土壤堿解氮含量最低。不同樣本間變異系數為27.50%，從總體上看，昌寧縣各鄉(鎮)茶園土壤堿解氮含量豐富，可以滿足茶樹的生長發育。

2.4 土壤磷素

昌寧縣8個鄉(鎮)茶園土壤樣本全磷含量為0.26～0.97 g/kg，平均值為0.55 g/kg。對比茶園土壤養分分級標準，除雞飛鄉和勐統鎮為Ⅲ級土壤標準外，其余6個鄉(鎮)均達到Ⅱ級土壤標準。不同茶園土壤間變異系數為36.25%。

由表4可知，昌寧縣茶園土壤速效磷含量為0.40～48.04 mg/kg，平均值為7.53 mg/kg。不同樣本間變異系數為160.81%，表明昌寧縣茶園土壤速效磷水平空間差異極大。對比茶園土壤養分分級標準，溫泉鄉茶園土壤速效磷含量達到Ⅰ級標準，翁堵鄉達到Ⅱ級標準，其余鄉(鎮)均只達到Ⅲ級標準。其中速效磷含量最低的為漭水鎮，均值僅為0.71 mg/kg。從總體上看，昌寧縣各個鄉(鎮)間茶園土壤速效磷含量差異較大，且部分鄉(鎮)茶園土壤速效磷出現虧缺，應合理增大磷肥施用量。

表4 昌寧縣茶園土壤主要養分

2.5 土壤鉀素

由表4可知，昌寧縣8個鄉(鎮)茶園土壤全鉀含量為5.83～12.34 g/kg，平均值為9.17 g/kg，8個鄉(鎮)茶園土壤全鉀含量均達到Ⅱ級標準，其中大田壩鄉、雞飛鄉、溫泉鄉和勐統鎮達到了Ⅰ級土壤標準，總體來看，昌寧縣茶園土壤全鉀含量處于中等水平。不同茶園土壤全鉀含量變異系數為17.68%。

8個鄉(鎮)茶園土壤速效鉀含量為4.68～71.65 mg/kg，平均值為21.44 mg/kg。不同鄉(鎮)茶園土壤樣本間變異系數為80.93%，屬于強變異，表明昌寧縣茶園土壤速效鉀水平空間變異幅度較大。8個鄉(鎮)茶園土壤速效鉀含量均只達到Ⅲ級土壤標準，含量最低的為雞飛鄉，含量均值僅為5.63 mg/kg。表明昌寧縣境內茶園土壤速效鉀較為缺乏。

2.6 茶園土壤有效性微量元素

由表5可知，昌寧縣8個鄉(鎮)茶園土壤樣本有效鐵含量為42.00～204.00 mg/kg，平均值為95.62 mg/kg。變異系數為42.18%，各個鄉(鎮)茶園土壤樣本有效鐵含量差異較大。對比茶園土壤養分分級標準(表2)，昌寧縣8個鄉(鎮)茶園土壤樣本有效鐵含量均達到Ⅰ級土壤標準，且遠高于臨界值4.5 mg/kg，表明昌寧縣各個茶葉主要種植區土壤有效鐵含量極其豐富。

昌寧縣茶園土壤樣本有效錳含量為0.62～18.96 mg/kg,平均值為5.55 mg/kg，各樣本間變異系數為87.35%，屬于強變異，各個鄉(鎮)茶園土壤有效錳含量差異較大。對比茶園土壤養分分級標準，8個鄉(鎮)茶園土壤樣本有效錳均值低于15 mg/kg，屬于Ⅲ級土壤標準。

昌寧縣茶園土壤樣本有效銅含量為0.18～2.78 mg/kg，平均值為0.95 mg/kg。除翁堵鄉和更戛鄉茶園土壤有效銅含量大于1.0 mg/kg，達到Ⅱ級土壤標準外，其余6個鄉(鎮)茶園土壤有效銅含量均低于1.0 mg/kg。從總體上看，昌寧縣茶園土壤有效銅屬于較為缺乏的水平。變異系數為65.50%，屬于強變異，說明整個昌寧縣茶園土壤中有效銅空間分布不均勻，各茶園間差異較大。

昌寧縣茶園土壤有效鋅含量為0.92～6.22 mg/kg，平均值為2.33 mg/kg，屬于Ⅰ級土壤標準。8個鄉(鎮)茶園土壤樣本中，漭水鎮、大田壩鄉、田園鎮，翁堵鄉和溫泉鄉茶園土壤有效鋅含量均高于2.0 mg/kg，達到Ⅰ級土壤標準，而雞飛鄉、更戛鄉和勐統鎮3個鄉(鎮)茶園土壤有效鋅含量也高于0.5 mg/kg，屬于Ⅱ級土壤標準。從整體來看，昌寧茶園土壤有效鋅含量較為豐富。各取樣點間茶園土壤有效鋅含量變異系數為57.35%，各茶園土壤有效鋅含量有較大差異。

2.7 茶園土壤肥力質量評價

根據本研究中茶園土壤12項指標(表4～5)，各要素間的相關系數如表6所示，表7為各個肥力單項指標的權重系數。

表5 土壤有效微量元素含量

表6 土壤肥力質量指標間相關性分析

表7 土壤肥力單項指標權重取值

根據IFI計算結果，將本研究茶園土壤的肥力綜合指數(IFI) 劃分為4個等級見表8。

表8 土壤肥力綜合評價標準

由表9可知，昌寧縣茶園土壤肥力綜合指數為0.268～0.857，平均值為0.485，總體處于中等水平。各鄉(鎮)茶園土壤肥力指數依次為翁堵鄉>更戛鄉>溫泉鄉>大田壩鄉>漭水鎮>田園鎮>勐統鎮>雞飛鄉。對比IFI分級標準(表8)，除翁堵鄉、更戛鄉和溫泉鄉的IFI大于0.50，屬于Ⅱ級土壤標準外，其余5個鄉(鎮)均小于0.50，屬于Ⅲ級茶園土壤。不同鄉(鎮)間變異系數為15.40%，為弱變異，表明昌寧縣各主要茶葉種植鄉(鎮)茶園總體土壤肥力質量差異較小。

表9 土壤肥力質量綜合指數

將土壤肥力綜合指數與各養分指標間進行Pearson相關性分析(表10)，AN、SOM、有效鐵與IFI呈顯著相關，TN、TP、AP、AK、有效錳、有效銅、有效鋅與IFI呈極顯著相關。表明以上指標對土壤肥力質量影響較大。

表10 土壤肥力綜合指數與各指標間相關性

3 討 論

3.1 茶園土壤pH和有機質對氮磷鉀等養分有效性的影響

茶樹具有適宜酸性或微酸性(pH 4.0～6.5)土壤的特性，但土壤的過度酸化會抑制茶樹生長，從而影響茶葉產量與品質，隨著茶樹種植年限的增加，茶園土壤會逐漸酸化[13]。當茶園土壤pH低于4.0時，會使土壤有效微量元素流失，茶樹生長發育緩慢[14]。在本研究中，所有茶園土壤pH均高于4.0且低于5.5，大部分茶園土壤pH有利于茶樹生長，部分茶園土壤pH較低，但未低于4.0，不會對茶樹生長產生不利影響。昌寧縣茶園土壤有機質含量均高于20 g/kg，有機質含量豐富，完全能滿足茶樹的正常生長發育，各取樣點間變異系數為30.29%，這與李友勇等[15]關于云南省臺地茶園有機質平均含量和變異范圍的研究結果相似。

土壤氮磷鉀元素不僅會對茶樹生長產生影響，還會影響茶樹氨基酸、茶多酚、咖啡堿等內含物質的含量和抗逆性，從而影響茶葉品質[16]。昌寧縣茶園土壤全氮含量較為豐富，平均值為1.63 g/kg，且堿解氮含量為70.29～212.63 mg/kg，可以滿足茶樹生長需要，并且堿解氮與有機質和全氮之間存在顯著正相關。茶園土壤缺磷會促使茶樹根際分泌大量有機酸，從而導致茶園土壤進一步酸化[17]。昌寧縣茶園土壤全磷含量總體屬于中等水平，并且全磷含量與有效鐵、銅和鋅含量呈顯著正相關，這可能是由于土壤中鐵、銅和鋅等元素含量較高，對磷產生了固定作用[18]，并導致部分茶園土壤速效磷虧缺和高度空間變異，此外，速效磷含量與全氮、速效鉀、有效錳和鋅呈顯著正相關。鉀參與了茶樹生長過程中的各種生化過程，還參與植物體內水分調節，提高茶樹的抗旱能力[19]。本研究中，昌寧縣茶園土壤全鉀含量平均值高達9.17 g/kg，總體處于豐富水平，但速效鉀偏低平均值僅為21.44 mg/kg，非常不利于茶樹生長發育。并且速效鉀與有機質和有效鋅含量為顯著正相關。可能是由于鉀是歸還率較高的元素，茶園土壤酸性環境加速土壤中速效鉀的轉化利用，使得茶園土壤中速效鉀含量不斷下降。由此可知，昌寧縣茶園應該及時追施化學鉀肥，補充速效鉀，并增加有機肥施用，增加土壤保肥能力。

3.2 茶園土壤有效性元素鐵銅鋅錳對茶樹生長狀況的影響

鐵是葉綠素合成和許多酶組成的必需元素，當茶園土壤缺鐵會造成茶樹葉片失綠，光合作用效率降低，而嚴重影響茶葉產量與品質[20]。昌寧縣茶園土壤有效鐵含量高達42.00～204.00 mg/kg，遠高于Ⅰ級土壤標準(4.5 mg/kg)，可滿足茶樹生長發育，但當土壤中鐵元素過量時，會對茶葉品質產生負面影響。因此，在實際生產中，應適當控制土壤有效鐵含量，避免茶樹中毒而生長不良。

銅鋅錳是茶樹生長發育必需的礦質元素，不僅影響茶葉產量，而且作為茶葉加工中的生化反應催化劑，其含量的高低將對茶葉的風味和湯色產生影響[21]。茶樹作為聚錳植物，芽葉中錳的含量在300～400 mg/kg，甚至可達1000 mg/kg以上。大量研究表明，土壤是茶葉中銅、鋅、錳的主要來源[21-23]。本研究中茶園土壤有效銅錳含量總體較為缺乏，但有效鋅含量豐富。盡管本研究中土壤有效銅和錳僅與土壤磷素含量呈顯著相關，但有效鋅與土壤有機質、氮磷鉀及有效銅均具有顯著正相關。研究表明，有機質含量對銅鋅錳的有效量有明顯的影響，增加土壤有機質有利于土壤銅鋅錳等元素的活化，提高其生物有效量[24]。因此在實際生產中，可通過增施有機肥或適量施入含銅和錳的肥料，從而整體改良茶樹生存生態，改良土壤肥力。但另一方面，茶園土壤酸化對銅、錳等金屬元素具有較大的活化能力，且銅鋅錳微量元素攝入過量也會對人體造成一定危害。因此，在茶園施用含金屬微量元素的肥料時，應根據實際生產情況按需按量施用。

3.3 土壤肥力的綜合指數(IFI) 在茶園土壤肥力質量評價上的應用前景

本研究選取了昌寧縣主要的茶葉種植鄉(鎮)26個代表性茶園，通過土壤肥力質量綜合指數(IFI)法，對與茶樹生長發育、茶葉產量和品質密切相關的12項茶園土壤肥力因子指標與土壤肥力質量之間的關系數量化，能夠避免了評價過程中人為主觀因素的干擾，能對土壤肥力質量進行客觀、有效的評價。從表8看，根據IFI評價方法獲得的昌寧縣茶園土壤的肥力綜合評價標準(Ⅰ～Ⅳ級的IFI值分別為IFI≥0.75、0.50≤IFI<0.75、0.25≤IFI<0.50、IFI<0.25)，與柳書俊等[25]對湄潭茶園土壤養分特征及肥力質量評價中分級標準相近，但與劉娟等[9]對勐?？h茶園土壤肥力質量評價的IFI指數與等級的劃分標準(Ⅰ～Ⅳ級的IFI值分別為IFI≥0.70、0.60≤IFI<0.70、0.50≤IFI<0.60、IFI<0.50)差異較大，主要原因首先是參與評價指標數目及其導致的各指標權重不同，其次是各區域的茶園土壤單項肥力指標之間確實也存在明顯差別。

章明奎等[26]研究表明，土壤肥力指標與耕地的利用方式、采樣時間和養分輸出或積累階段等有密切的關系。本研究昌寧縣茶園土壤肥力綜合指數(IFI) 為0.268～0.857，平均值為0.485，但根據其分級標準(表8)與評價結果表明，昌寧縣茶園土壤總體處于中等偏上水平，與茶園土壤主要養分標準和茶園土壤單項肥力指標分級標準相吻合，即12個因子中除速效鉀和有效銅與錳外，其他指標均處于較高標準并且整體空間變異幅度較小。另外，本研究的各茶園土壤肥力綜合指數與12項指標間相關性分析表明，除了pH和全鉀外，其余各項指標與土壤肥力綜合指數(IFI)均呈顯著相關，可能與昌寧縣茶園土壤的pH比較適宜(4.23～5.19)和總鉀水平較高(5.83～12.34 g/kg)，且二者的變異空間均較低(變異系數分別為5.22%和17.68%)有關，但也進一步證實本研究選取評價指標與茶園土壤肥力質量關系密切?？傊狙芯勘砻鳎捎貌鑸@土壤主要養分為指標，通過模糊數學模型和隸屬度函數計算土壤肥力的綜合指數(IFI)對茶園土壤肥力質量評價是可行的。

4 結 論

昌寧縣茶園土壤pH為4.23～5.19，平均值為4.79，整體適宜茶樹生長發育，并且空間變異幅度較小。有機質含量豐富，為26.35～84.70 g/kg，平均值為58.48 g/kg，處于中等變異范圍。昌寧縣茶園土壤全氮和堿解氮含量分別為0.56～3.55 g/kg和70.29～212.63 mg/kg，全磷和速效磷含量為0.26～0.97 g/kg和0.40～48.04 mg/kg，全鉀和速效鉀含量為5.83～12.34 g/kg和4.68～71.65 mg/kg。8個鄉(鎮)的茶園土壤全氮、堿解氮含量豐富，全鉀、全磷含量處于中上水平，但是速效鉀含量偏低，部分茶園土壤速效磷含量水平也較低。昌寧縣各鄉(鎮)茶園土壤有效鐵含量極為豐富，微量元素有效鋅含量較為適宜，但有效錳和銅含量相對偏低。 昌寧縣茶園土壤肥力質量綜合指數(IFI)為0.268～0.857，除翁堵鄉、更戛鄉和溫泉鄉茶園土壤肥力質量為Ⅱ級外，其余鄉(鎮)茶園土壤肥力質量等級為Ⅲ級，整體處于中等偏上水平。除土壤pH和全鉀外，其余各項指標與茶園土壤肥力綜合指數(IFI)均具有較強的相關性。