勐海縣茶園土壤養分狀況及肥力質量評價

劉娟，張乃明，鄧洪

（1.云南農業大學植物保護學院，昆明 650201；2.云南農業大學資源與環境學院，昆明 650201；3.云南省土壤培肥與污染修復工程實驗室，昆明 650201）

茶樹[Camellia sinensis（L.）O.Kuntze]是我國亞熱帶重要的經濟作物，土壤是茶樹生存和生長的物質基礎[1]，土壤肥力是土壤的基本屬性和本質特征，它是土壤物理、化學和生物學性質的綜合反映[2]。土壤養分及其有效性是茶園土壤的供肥能力的直接體現[3]，它關系著茶樹的生長發育和茶葉的品質[4]。茶樹在生長的過程中對土壤養分需求量大，而我國茶園以施用尿素、復合肥等速效化肥為主，長期大量施用化學肥料，導致茶園土壤部分養分累積，出現了養分供應能力不平衡、有機質肥力降低以及酸化、表土養分流失等一系列問題[5-6]，準確掌握茶園土壤養分狀況，明確茶園養分的限制因子，是實現茶樹合理施肥、茶葉優產高產的前提條件[7]。

勐海縣處于茶樹原產地的中心地帶，生態環境優越，茶種質資源豐富，產茶歷史悠久，是云南省第一產茶大縣，現有茶園面積3.85 萬hm2，采摘面積2.87 萬hm2，茶葉是勐海縣傳統支柱產業之一[8]，也是茶區農民主要經濟來源。勐海縣雖然茶園面積很大，但配套的茶園管理水平相對落后，茶農科學施肥的意識不強，精準施肥技術推廣力度不夠，盲目施肥導致土壤酸化、肥力下降，茶葉產量和質量不佳等一系列問題[9]，制約了勐海縣茶產業的可持續發展。為了全面掌握勐海縣茶園土壤養分狀況，本研究在勐海主要茶產區（勐海、勐阿、勐遮等6 個鄉鎮）進行茶園土壤調查采樣，分析了茶園土壤樣品的養分狀況，并采用模糊數學隸屬函數模型，計算土壤肥力綜合指數（IFI），對勐海縣茶園土壤養分狀況進行數值化綜合評價，可以為勐海縣改善茶園養分管理、實現茶園優質高產提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

勐海縣（21°28′～22°28′N，99°56′～100°41′E）位于云南省西南部，西雙版納傣族自治州西部，轄11 個鎮（勐海鎮、打洛鎮、勐遮鎮、勐混鎮、勐滿鎮、勐阿鎮、勐宋鄉、勐往鄉、格朗和哈尼族鄉、布朗山布朗族鄉、西定哈尼族布朗族鄉），總面積5 511 km2，其中山區面積占93.45%，壩區面積占6.55%。勐海縣屬于熱帶亞熱帶西南季風氣候，冬無嚴寒、夏無酷暑，年溫差小，日溫差大，年平均氣溫18.7 ℃，年均降雨量1 341 mm。縣內土壤類型多樣，各類土壤隨海拔高低垂直分布，主要有磚紅壤、赤紅壤、紅壤、黃壤、紫色土、水稻土、沖積土等7個土類。

1.2 土壤樣品采集

勐阿鎮、勐海鎮、勐遮鎮、勐混鎮、格朗和鄉和布朗山鄉是該縣主要產茶鄉鎮，茶園面積共2.70 萬hm2，占全縣茶園面積的70.13%。于2018年2—12月在上述六個鄉鎮進行茶園土壤調查采樣，運用網格布點的方法對采樣點進行布設，采樣時使用GPS 進行定位，在距茶樹施肥溝5～10 cm采用“S”型5點采樣法采集0～20 cm 表層土壤，共計采集茶園土樣151 個。土壤經過自然風干后過40 目和100 目篩混勻備用。

1.3 分析項目和測定方法

土壤pH采用玻璃電極法測定；有機質（OM）采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測定；堿解氮（AN）采用堿解擴散法測定；有效磷（AP）采用0.5 mol·L-1NaHCO3溶液浸提-鉬銻抗比色法測定；速效鉀（AK）采用醋酸銨-火焰光度計法測定[10]；土壤全氮（TN）采用自動定氮儀法（NY/T 1121.24—2012）測定；土壤全磷（TP）采用堿熔-鉬銻抗分光光度法（HJ 632—2011）測定；土壤全鉀（TK）采用NaOH 熔融-火焰光度法測定。

1.4 茶園土壤養分狀況分級標準

茶園土壤養分狀況分級標準參考任艷芳等[7]提出的茶園土壤養分分級標準，將茶園土壤分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3個等級（表1）。

1.5 土壤肥力評價方法

本研究選取土壤pH 值、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷及速效鉀8 項土壤常規養分指標作為土壤肥力評價指標。其中，除pH 值屬于拋物線型函數，其余7項指標均屬于S型函數。

S型函數：

表1 茶園土壤養分分級標準Table 1 Soil nutrient grading standards for tea gardens

拋物線型函數：

其中，f（x）為指標隸屬度；x為該屬性測定值；xmin與xmax為分級標準最小值和最大值；Xa、Xb為介于分級標準最小值和最大值區間；屬性值分級標準按照隸屬度曲線轉折點的取值，8 個指標的隸屬度函數曲線中轉折點的相應取值如表2所示。

評價指標權重的確定主要通過變異系數法獲得，評價指標權重的取值見表3，各指標的變異系數計算公式如下：

式中：Vi是指第i項指標的變異系數；σi是第i項指標的標準差是第i項指標的平均數。

而各指標的權重系數（Wi）表示為：

IFI 為土壤肥力綜合指數值，主要是根據茶園土壤養分分級標準，確定各項肥力指標的權重和單項肥力指標的分值，通過將單項肥力指標的權重與對應的分值相乘后再相加，求和結果即為土壤肥力綜合指數值（Integrated Fertility Index，IFI），其數值越大，表明土壤肥力越高。具體計算公式如下：

式中：wi為第i個評價指標的權重；Ni為對應評價指標的隸屬度；n為評價指標數。通過計算出的當地實際土壤肥力值，結合前人的研究結果，將IFI 劃分為4 個等級（表4）。

1.6 數據分析

試驗數據采用Excel 2016 軟件進行整理，采用SPSS 18.0 軟件進行單因素方差分析和顯著性檢驗，檢驗方法采用ANOVA法，顯著水平設置α=0.05。

表2 隸屬度曲線轉折點的取值Table 2 The value of turning point of membership curve

表3 評價指標權重的取值Table 3 The values of evaluation index weight

表4 茶園土壤肥力等級區間Table 4 Range of soil fertility grade for tea gardens

2 結果與分析

2.1 茶園土壤pH值

茶園土壤pH 直接影響茶樹的生長和茶葉的品質。由表5 可知，勐海縣各鄉鎮茶園pH 在3.83～6.16范圍內，變異系數在4.56%～7.84%范圍內，變異系數較小。從茶園pH 分布來看，6 個鄉鎮（勐阿鎮、勐海鎮、勐遮鎮、勐混鎮、格朗和鄉和布朗山鄉）達到優質茶園pH 的土壤分別占78.43%、50.00%、85.29%、25.00%、80.00%和100.00%，其中，布朗山鄉茶園的土壤pH 最適合茶樹的生長。pH 值低于4.0 或高于6.5，對茶樹生長都不利，在本研究中，僅勐遮鎮和勐混鎮分別有2.94%和25.00%的土壤pH 值低于4.0 或高于6.5，不利于茶樹生長。

2.2 茶園土壤有機質

有機質不僅提供茶樹生長所需要的各種營養元素，同時也是土壤微生物生命活動的能源，是反映茶園土壤肥力及熟化程度的重要指標之一[5，11]。勐海縣各鄉鎮茶園土壤有機質含量如表6 所示。由表6 可知，勐海縣茶園土壤有機質含量范圍在20.88～101.80 g·kg-1之間，變異系數在14.65%～31.50%之間，勐海縣各鄉鎮有機質含量依次為格朗和鄉＞勐遮鎮＞勐阿鎮＞布朗山鄉＞勐海鎮＞勐混鎮。其中，格朗和鄉茶園土壤有機質含量最高，其有機質含量范圍為49.04～101.80 g·kg-1，平均值為65.69 g·kg-1；而勐混鎮的茶園土壤有機質含量最低，其有機質含量范圍為22.85～42.27 g·kg-1，平均值為32.23 g·kg-1；勐海鎮和布朗山鄉的茶園有機質含量變異系數較小，分別為15.67%和14.65%，其有機質含量范圍分別為30.52～58.07 g·kg-1和39.29～63.00 g·kg-1。從分布來看，勐海縣各鄉鎮茶園土壤有機質含量均達到Ⅰ級標準，勐海縣各鄉鎮茶園土壤有機質含量符合優質茶園土壤營養標準。

2.3 茶園土壤氮素含量

由表7 可知，勐海縣各鄉鎮茶園土壤全氮含量在0.97～4.65 g·kg-1之間，變異系數在8.24%～34.91%之間，除勐混鎮外，其他鄉鎮的茶園土壤全氮含量的平均值均高于優質茶園標準（1.5 g·kg-1），勐阿鎮、勐海鎮、勐遮鎮、格朗和鄉和布朗山鄉茶園土壤全氮含量的平均值分別為1.99、1.73、2.83、2.74 g·kg-1和2.00 g·kg-1，可見，總體上，勐海縣各鄉鎮茶園全氮含量豐富。

堿解氮是土壤有效氮的一個常用指標。勐海縣各鄉鎮茶園土壤堿解氮含量如表7 所示。勐海縣各鄉鎮堿解氮變異較大，其范圍為1.75～327.20 mg·kg-1，除勐混鎮和布朗山鄉外，其他鄉鎮的堿解氮變異系數均大于90%。在這些鄉鎮中，勐混鎮平均堿解氮含量最高，達到了89.67 mg·kg-1，勐混鎮有50%的茶園達到優質、高產茶園的土壤營養標準，10.00%的茶園土壤處于Ⅱ級標準，有40.00%的茶園土壤屬于Ⅲ級標準，處于供氮不足的狀況。勐阿鎮茶園土壤堿解氮含量范圍為1.75～210.00 mg·kg-1，其平均值為60.37 mg·kg-1，勐阿鎮茶園土壤堿解氮含量達到Ⅰ級標準要求的土壤樣品占25.49%，有31.37%的土壤堿解氮含量屬于Ⅱ級，而有43.14%的土壤堿解氮含量屬于Ⅲ級。在這些茶園中，勐海鎮、勐遮鎮、格朗和鄉以及布朗山鄉分別有70%、70.59%、81.25% 和100.00%的土壤中堿解氮含量屬于Ⅲ級標準，其中，布朗山鄉平均堿解氮含量最低，僅為36.64 mg·kg-1。

表5 勐海縣各鄉鎮茶園土壤pH值Table 5 Soil pH value of tea gardens of Menghai County

表6 勐海縣各鄉鎮茶園土壤有機質Table 6 Soil organic matter of tea gardens of Menghai county

表7 勐海縣各鄉鎮茶園土壤全氮、堿解氮含量Table 7 The contents of total nitrogen and alkali-hydrolysis nitrogen in the soil of tea gardens in Menghai County

2.4 茶園土壤磷素含量

勐海縣各鄉鎮茶園土壤全磷含量如表8 所示，勐海縣茶園土壤全磷含量范圍為0.32～3.40 g·kg-1，變異系數在24.54%～53.03%之間。其中，勐阿鎮、勐海鎮、勐混鎮、格朗和鄉和布朗山鄉茶園土壤全磷含量范圍為0.38～3.40、0.76～1.96、0.60～2.69、0.39～1.63 g·kg-1和0.44～1.68 g·kg-1，平均值分別為1.05、1.40、1.41、1.56 g·kg-1和1.15 g·kg-1，均值均達到Ⅰ級標準，而勐遮鎮全磷含量的平均值為0.74 g·kg-1，在各鄉鎮中最小。

勐海縣各鄉鎮茶園土壤有效磷含量范圍為0.22～138.98 mg·kg-1。布朗山鄉平均有效磷含量最高，達到Ⅰ級標準的土壤占77.78%，Ⅱ級標準的土壤占22.22%。勐阿鎮、勐遮鎮茶園土壤有效磷含量平均值分別為19.92 mg·kg-1和12.14 mg·kg-1，達Ⅱ級標準的土壤分別占84.31%、50.00%，達到Ⅰ級標準的土壤分別占15.69%、11.73%。勐海鎮、勐混鎮、格朗和鄉茶園土壤有效磷含量均未達到Ⅰ級標準，達到Ⅱ級標準的土壤分別占10.00%、80.00%和25.00%，三個鄉鎮分別有90.00%、20.00%和75.00%的土壤處于Ⅲ級

表8 勐海縣各鄉鎮茶園土壤全磷、有效磷含量Table 8 The content of total phosphorus and available phosphorus in the soil of tea gardens in Menghai County

標準范圍內。總的說來，勐海鎮、勐遮鎮、勐混鎮以及格朗和鄉茶園土壤有效磷含量處于中低水平。

2.5 茶園土壤鉀素含量

鉀作為酶的活化劑，具有促進茶樹根莖生長、提高茶樹抵御凍害和病蟲害能力、改善茶葉香氣等作用，同時，鉀肥還能促進茶葉萌發、增加芽頭密度和芽葉質量。由表9 可知，勐海縣各鄉鎮茶園土壤全鉀含量范圍為0.23～64.26 g·kg-1，變異系數為58.61%～90.55%，不同茶園土壤鉀含量差異大，勐海縣各鄉鎮茶園土壤全鉀含量的大小依次為勐遮鎮＞勐阿鎮＞格朗和鄉＞布朗山鄉＞勐混鎮＞勐海鎮。

勐海縣茶園土壤速效鉀含量范圍為35.54～396.35 mg·kg-1。其中勐海鎮、勐遮鎮、布朗山鄉速效鉀含量范圍分別為189.47～259.81、172.09～359.11、211.81～351.66 mg·kg-1，上述鄉鎮所有土壤均達到茶園土壤速效鉀含量的Ⅰ級標準（＞100 mg·kg-1）。格朗和鄉有80.00%的土壤達到Ⅰ級標準，20.00%的土壤達到Ⅱ級標準（60～100 mg·kg-1）。勐阿鎮、勐混鎮茶園土壤速效鉀含量達到Ⅰ級標準的土壤分別有75.00%、60.00%，達到Ⅱ級標準的土壤分別有18.75%和20.00%，處于Ⅲ級標準（＜60 mg·kg-1）范圍內的土壤分別有6.25%、20.00%，表明勐阿鎮、勐混鎮的部分土壤速效鉀含量還需提高。

2.6 茶園土壤肥力狀況綜合評價

由表10 可知，勐海縣各鄉鎮土壤肥力綜合指數在0.30～0.84 之間，土壤肥力綜合指數達到Ⅰ級標準的茶園主要分布在勐阿鎮、勐遮鎮和布朗山鄉，其分布頻率分別為5.00%、11.77%和23.07%。勐阿鎮、勐遮鎮、格朗和鄉、布朗山鄉分別有15.00%、20.58%、6.25%、69.24%的茶園土壤肥力達到Ⅱ級水平，這些地區土壤肥力條件好，能滿足優質茶葉生長的條件。而勐海縣各茶園土壤肥力等級主要分布在Ⅲ級和Ⅳ級，除布朗山鄉外，其余鄉鎮均有超過60%茶園土壤肥力處于中低肥力水平。茶園土壤肥力指數為Ⅳ的區域占多數，其中勐混鎮Ⅳ級所占比例最高，高達70.00%。土壤肥力等級在Ⅲ級和Ⅳ級的茶園土壤中速效氮、磷和鉀含量都不高，在一定程度上影響了茶樹養分的吸收。勐阿鎮、勐遮鎮、格朗和鄉茶園土壤部分土壤有酸化趨勢，因此應該施用土壤改良劑，調節土壤的酸堿度，使茶園土壤的pH 適宜茶樹的健康生長。

表9 勐海縣各鄉鎮茶園土壤全鉀、速效鉀含量Table 9 The contents of total potassium and available potassium in the soil of tea gardens in Menghai County

表10 勐海縣各鄉鎮茶園土壤肥力等級Table 10 Soil fertility level of tea plantations in Menghai County

3 討論

3.1 茶園土壤pH適宜性

土壤酸堿度對養分的有效性及茶樹吸收利用、微生物活動產生很大的影響，茶園土壤pH 還直接影響茶樹生長及茶葉產量和品質[12]。茶樹是喜酸植物，適合在pH 值為4.0～6.5 的土壤環境中生長，最適pH 環境為4.5～5.5[8]。pH 高于6.5 茶樹難以生長，而pH 低于4.0 會導致茶園土壤理化性質變劣、土壤養分有效性變低、茶幼苗生長受到抑制等。本研究發現，勐海縣各鄉鎮茶園pH 在3.83～6.16 范圍內，勐海縣大部分土壤pH適合茶樹生長，少部分土壤偏堿或酸化，不利于茶樹的生長。造成茶園土壤酸化的原因很多，施肥可能是首要原因；其次，茶樹自身的物質代謝、酸雨、紅壤本身性質等都可能加劇土壤酸化。對于明顯已經酸化的茶園土壤，可以通過施用有機肥、施用堿性肥以及測土配方施肥等方式，平衡茶園土壤養分和防止土壤酸化[13]。

3.2 茶園土壤速效養分

土壤養分及其有效性是茶園土壤的供肥能力的直接體現，茶樹在生長發育的各個階段都需要不斷吸收氮、磷、鉀等養分，以維持茶樹機體的正常生長發育[14]。氮是茶樹生長發育必不可少的營養元素，氮素不足會使茶樹體內蛋白質、核酸、葉綠素受阻，致使新梢伸長緩慢，萌發輪次減少，芽頭密度小，對夾葉大量出現，影響茶葉的產量和品質。磷會影響茶樹的光合作用、呼吸作用及生長發育，同時，茶樹體內的各種酶促反應和能量傳遞也與磷素密切相關。而鉀可以加強茶樹光合作用，調節茶樹對水分的吸收和利用，提高抗旱能力，施鉀可以改善茶葉品質[15]。本研究發現，勐海縣各鄉鎮茶園全氮、全磷和全鉀含量豐富，但堿解氮和有效磷含量不足。除勐混鎮，其他各鄉鎮達到優質高產茶園土壤堿解氮含量的比例最高不超過30%。除布朗山鄉外，其他各鄉鎮有效磷供應嚴重不足，僅勐阿鎮和勐遮鎮有15.69%和11.73%的土壤達到Ⅰ級標準。速效鉀供應充足，僅勐阿鎮和勐混鎮分別有6.25%和20.00%土壤速效鉀屬于Ⅲ級。氮、磷都是茶葉生長必需營養元素，土壤堿解氮和有效磷不足可能會導致茶葉產量下降或品質降低[16]，在勐海縣未來的茶園土壤管理中，茶農應適當增施氮肥和磷肥來提高勐海縣茶園中堿解氮和有效磷的含量。

3.3 土壤肥力綜合評價分級的科學性及指標權重對評價結果的影響

土壤肥力是土壤的基本屬性特征，也是土壤物理、化學和生物性質的綜合反映[17]。實現養分平衡是進行茶園土壤養分管理、確定合理肥料用量的基礎。由于茶園肥力質量的差異性，需要對茶園肥力狀況進行綜合評價。目前用于土壤肥力狀況評價的方法很多，包括主成分分析法、土壤質量綜合評分法等[18]，本研究主要根據茶園土壤養分分級標準，通過模糊數學模型的S 型或拋物線型隸屬度函數確定指標隸屬度，并通過變異系數法計算各指標權重[19]，通過將單項肥力指標的權重與指標隸屬度相乘后再相加得到土壤肥力綜合指數。模糊數學方法可以通過隸屬度描述土壤肥力因子的漸變性和模糊性，使評價結果更加準確可靠。同時，評價指標權重的確定對于評價結果的可靠性會產生很大的影響。本研究選取土壤pH 值、有機質、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、有效磷及速效鉀8項土壤常規養分指標作為土壤肥力評價指標，但各指標對于土壤肥力的貢獻不同，不宜直接比較其差別程度，因此采用變異系數法來確定評價指標的權重，變異系數法直接利用各項指標所包含的信息通過計算得到指標的權重，是一種客觀賦權的方法[20]，它還可消除人為因素的干擾，具有合理性和實用價值。

4 結論

（1）勐海縣各鄉鎮茶園pH 在3.83～6.16 范圍內，6個鄉鎮（勐阿鎮、勐海鎮、勐遮鎮、勐混鎮、格朗和鄉和布朗山鄉）分別有78.43%、50.00%、85.29%、25.00%、80.00%和100.00%的土壤pH 適合茶樹生長，達到優質高產茶園的要求。茶園土壤有機質含量范圍為20.88～101.80 g·kg-1，均達到Ⅰ級標準。

（2）勐海縣各鄉鎮茶園全氮含量豐富，但有效氮含量不足，除勐混鎮，其他各鄉鎮達到優質高產茶園土壤堿解氮含量的比例不超過30%；勐海縣各鄉鎮全磷含量在0.32～3.40 g·kg-1之間，全磷含量整體較豐富，除布朗山鄉外，其他各鄉鎮有效磷供應不足，僅勐阿鎮和勐遮鎮有15.69%和11.73%的土壤達到Ⅰ級標準；勐海縣各鄉鎮茶園土壤全鉀含量范圍為0.23～64.26 g·kg-1，速效鉀含量范圍為35.54～396.35 mg·kg-1，鉀素供應充足，僅勐阿鎮和勐混鎮分別有6.25%和20.00%土壤有效鉀屬于Ⅲ級標準。

（3）勐海縣各鄉鎮土壤肥力綜合指數（IFI）在0.30～0.84 之間，勐阿鎮、勐遮鎮、格朗和鄉和布朗山鄉有部分茶園土壤達到Ⅰ級和Ⅱ標準，勐海縣各鄉鎮茶園土壤肥力等級主要分布在Ⅲ級和Ⅳ級，除布朗山鄉外，其余鄉鎮均有超過60%茶園土壤處于中低肥力水平。