基于土地適宜性評價的茶樹種植區劃研究：以巨峰鎮為例

段友春，章幫偉

(1.山東省地質礦產勘查開發局 第七地質大隊，山東 臨沂 276006；2.中國礦業大學，江蘇 徐州 221000)

茶業是我國農業特色優勢產業，也是宜茶區鞏固拓展精準脫貧成果的支柱產業[1]。如何科學利用自然資源稟賦，合理擴展茶樹適宜生產區規模和優化空間布局，成為持續發展茶產業，助農增收的重要手段[2]。目前，國內外很多學者從較大區域角度，選取氣候、地形、地質地貌和土壤因子等對茶樹適宜性及其區劃進行了大量研究，實現了基于土地適宜性評價的茶樹精細化分區[3-8]。為探討較小區域基于土地適宜性評價的茶樹種植區劃方法，本研究以山東省日照市巨峰鎮作為研究區域，在實地調查收集茶樹生長、茶葉產量、質量相關資料，對土地、土壤、地形、氣候等因素進行定性定量分析的基礎上，針對影響該區域茶樹種植的產量、質量關鍵因素，選取土壤pH、土壤主要養分、土壤重金屬、土壤類型、冬季風速、坡度、坡向等7項指標作評價因子，采用分級賦分累積求和法對研究區茶樹土地適宜性進行評價，劃分出最適宜區、一般適宜區和不適宜區，為擴大茶樹種植面積、優化當地茶樹種植布局、科學規劃茶葉種植基地提供科學管理依據[9]。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

巨峰鎮位于魯東南黃海之濱，山東省日照市南部，地處膠南隆起次級構造單元，沂沭斷裂帶東側，地理坐標極值為北緯35°12′54″～35°20′45″，東經119°8′6″～119°18′13″，總面積160.95 km2，下轄90個行政村，2.3萬戶，7.8萬口人。巨峰鎮受燕山運動的影響，境內山丘起伏，平川散布，河流縱橫，地貌類型多樣，全境地勢西高東低，西部海拔一般在55 m，東部15 m，南北兩翼基本為山區丘陵。巨峰鎮素有“南茶北引第一鎮”之美譽，也是江北茶葉生產面積最大的鄉鎮，截止至2019年茶園總面積達5 336 hm2。

1.2 評價圖件與數據來源

圖件：2017年1∶5萬巨峰鎮土地利用現狀圖；1985年第二次土壤普查1∶20萬土壤圖。

屬性數據：農用地面積由土地利用現狀圖提取；土壤類型由土壤圖提取；土壤主要養分、pH、重金屬含量等來源于2018年1∶5萬土壤地球化學調查土壤采樣點，共計1 089個；坡向、坡度等數據來源于DEM數據庫；冬季平均風速數據來源于1970～2015年當地氣象資料。

1.3 評價流程

建立評價單元→對地形、土壤、氣象等數據預處理→選取適合巨峰鎮茶樹種植的主要評價因子并確定其權重→建立評價指標體系→對各因子進行分級賦分分析→進行加權疊加分析→結合農用地分布圖，劃分出研究區茶樹種植的分區結果[10]。

1.4 評價方法

1.4.2 建立評價體系 影響茶葉適宜性的因子有很多，但只有最具有穩定性和主導性的因子能夠反映評價區內土地適宜性的差異[11]。本研究在分析已有研究成果的基礎上，結合野外調查，分別從土壤、氣候、地形3個方面中考慮評價因子的選擇。在氣候條件中盡管降水和相對濕度是影響茶樹生長的重要因素，但由于研究區的降水量和相對濕度基本能滿足茶樹生長需求，且在評價區范圍內變化很小，所以并不作為參評因子[12]。根據當地茶樹種植經驗得知，冬季寒潮對研究區的茶樹種植影響很大，寒潮過程常伴有大風、降溫等氣候現象，風速決定著降溫程度，因此冬季風速對茶樹種植起著至關重要的作用[8]，因此氣候方面選擇冬季風速；根據茶樹喜酸怕堿的特性，加之土壤主要養分與土壤重金屬是直接影響茶葉產量與品質的關鍵因素，因此土壤方面選擇土壤pH值、土壤類型、土壤主要養分、土壤重金屬4個指標；由于茶樹喜濕怕澇、喜土層深厚，而坡度在一定程度上能反映出土壤的排水及水土流失情況，坡向則主要影響茶樹生長中所需的光照、溫度以及冬季避風，因此地形方面選擇坡向、坡度2個指標。

1.4.3 確定指標權重 綜合評價最關鍵的一環就是權重，權重是指標對評價對象的影響程度或貢獻率，合理地分配權重對量化評估來說至關重要[13]。確定權重的方法有很多，目前較為常見的有統計平均法、變異系數法、層次分析法等[14]。本研究采用變異系數法，所謂變異系數法是一種客觀賦值的方法，是直接利用各項指標所包含的信息，通過計算得到指標對應的權重[10]。

變異系數公式：

(1)

其中，Vi為第i項因子變異系數；σi為第i項標準差：xi為第i項因子平均值。

評價因子權重計算公式：

(2)

采用變異系數法確定因子權重見表1。

表1 各評價因子權重

1.4.4 計算評價指標 對評價區影響茶葉適宜性的7種因子按照評價單元進行統計計算或歸類，每種因子共分為3個等級，每個等級對應的分值為一等5分、二等3分、三等1分。

中國旅游業的發展經歷了從單一入境旅游市場，到入境旅游、國內旅游兩個市場并舉，再到入境旅游、國內旅游、出境旅游三個市場全面發展的過程[4]。與此相應，我國旅游業三大市場發展戰略也經歷一系列的調整變化，現定位為“全面發展國內旅游、積極發展入境旅游、規范發展出境旅游”[4]。

1)土壤pH。根據采樣點位表層土壤pH值將區域內的土壤pH劃分為3個等級，即一等(5.5≤pH<6.5)、二等(4.5≤pH<5.5，6.5≤pH≤7.5)和三等(pH<4.5)。

2)土壤主要養分。進行土壤主要養分綜合評價時，先計算各土壤元素之間的相關系數，再利用相關系數確定各養分因子的權重。利用單項元素因子隸屬度和權重，求得土壤綜合養分指數，對綜合養分進行分級評價[15]。結合研究區土壤實際情況，本研究應用FUZZY(模糊)綜合評判法對土壤養分質量進行數值化的綜合評價[15]。在FUZZY綜合評價中，隸屬度可用隸屬度函數來表達。對土壤中各參評養分質量指標建立相應的隸屬度函數，計算其隸屬度值，以此表示各養分質量指標的狀態值[16]。本次研究中土壤各元素均采用戒上型隸屬度模型。其隸屬度函數如下：

(3)

本研究采用計算各指標間相關系數來確定土壤各養分的權重系數。利用相關系數法(公式4)求取各元素的權重(表2)。

表2 土壤主要養分權重結果

(4)

式中，rij—評價因子i與j的相關系數；wi為i元素的權重。

根據公式IFI=∑Wi·Ni，計算出綜合指標值，Ni和Wi分別表示第i種養分指標的隸屬度值和權重系數[17]。根據結果將研究區土壤養分分為3個等級，即一等(IFI>0.55)、二等(0.35

3)土壤重金屬。根據本次工作將評價區內8種重金屬元素(砷、鎘、鉻、銅、鉛、鎳、汞、鋅)，依據GB 15618-2018《土壤重金屬標準》確定其單因子環境質量分級(公式5)；然后在此基礎上通過內梅羅綜合指數法(公式6)計算得到綜合評價結果，確定各評價單元土壤重金屬級別，以此來綜合評價研究區域的土壤重金屬[13]。

Pi=Ci/Si

(5)

式中，Ci為土壤中污染物i的實測質量分數,單位為mg/kg；Si為土壤中污染物i在GB 15618-2018中給出的農用地土壤污染風險篩選值，單位為mg/kg。

綜合土壤重金屬評價采用內梅羅綜合指數法：

(6)

根據以上8種重金屬元素的單因子指數通過公式可以計算得出表征評價區土壤重金屬的內梅羅綜合污染綜合指數P，根據土壤重金屬評價分級標準可將評價區的土壤重金屬劃為3個級別，分別為一等(安全區，P≤0.7)、二等(輕微污染區，0.7

4)土壤類型。在研究區內棕壤是最適宜茶樹生長的土壤類型，也是研究區內種植茶樹的主要土壤類型。除此而外，酸性石質土和酸性粗骨土尚可適宜種植茶樹，其余各類土壤如水稻土、褐土等均不適合茶樹生長。據此將區域內土壤類型劃分3個等級，即一等(棕壤)、二等(酸性石質土和酸性粗骨土)和三等(其余類型土壤)。

5)風速。根據1970-2015年的冬季平均風速數據，在研究區內劃分為3個等級，即一等(<2.5 m/s)、二等(2.5～3 m/s)和三等(>3 m/s)。

6)坡度。根據研究區地形分布以及茶農種植經驗可知，在平原地區(坡度<3°)不適宜茶樹種植。平原地區多排水不暢，若在此區種植會因積水而導致爛根，另外在坡度>25°陡峭地帶亦不適宜茶樹種植[19]。據此將茶樹種植坡度分為3個等級，即一等(3°～15°)、二等(15°～25°)和三等(<3°，>15°)。

7)坡向。北坡(0°～30°和330°～360°)在全年大部分時間是背風坡，低溫且降水較少，而研究區地處北方，在冬季特別是經歷寒潮的時候，迎風坡遭受凍害嚴重，不適宜茶樹生長[12,20]。因此，根據研究區氣候和地形的實際情況，將研究區坡向劃分為3個等級，即一等(120°～240°)、二等(30°～120°，240～330°)和三等(0°～30°，330°～360°)。

1.4.5 劃分評價結果 將所得每個評價單元的7個單因子分級得分結果乘以各自相應的權重值，然后進行累積求和，即得到各單元的綜合評定分數R，也就是各個單元格茶樹種植的適宜程度[21]。根據評價所得分數的綜合情況，將研究區劃定為茶樹種植的最適宜等級(R≥3.8)、一般適宜等級(3.2

2 巨峰鎮劃分種植分區

在評價單元適宜性等級的基礎上，綜合考慮農用地分布情況，劃分出茶樹種植分區圖，分為最適宜區、一般適宜區和不適宜區三大類(圖1)。各分區面積統計結果見表3。

圖1 茶葉種植適宜性分區劃分

表3 研究區茶樹種植適宜性分區面積統計

最適宜種植區面積4 722.36 hm2，約占研究區總面積的30.27%，在全區呈帶狀分布，主要分布研究區中東部、西南部、西北部的丘陵地區，有一定的地形坡度，陽光照射充足，風速適宜，且多為棕壤，棕壤性土，土壤肥力較好，可實現穩定的茶葉產量，憑借先天自然條件，在投入成本較少的情況下可以帶來較大的經濟效益。對于這些地區可以集中發展茶葉種植產業并且實現統一的管理，加大技術投入力量，提高經營管理水平，從而提高茶葉產業的經濟效益。

一般適宜種植區面積7 797.23 hm2，約占全區總面積的49.98%，主要分布于研究區中南部、中北部。一般適宜種植區多分布在緩坡平原丘陵地帶以及水系發育地區，多為白漿化棕壤、潮棕壤，風速一般適宜，土壤養分一般，坡度較緩，對于這些地區，應大力加強植物綠肥增強有機肥，改善土壤的營養成分以此來消除茶葉生長的不利因素。

不適宜種植區面積為907.12 hm2，約占全區總面積的5.81%，主要分布在研究區西北部、西南部，這部分地區土壤養分含量低，土壤環境狀態較差，部分地區位于山地的北坡，無法滿足茶樹正常生長需求，對于此類地區建議不要種植茶葉，否則投入所需會遠超過收益所得，還有可能對當地的生態環境造成破壞。

3 結論與建議

本研究利用茶樹種植適宜性評價體系，結合農用地分布情況將巨峰鎮茶樹種植劃分為最適宜區、一般適宜區、不適宜區3個區域，與傳統的劃分方法相比，能夠更為直觀的體現茶葉種植適宜區分布情況。

經實地調查核實與對比分析，本研究針對茶樹種植適宜性評價的評價結果符合當地實際，建議下一步充分發揮當地特有的自然地理優勢，合理選擇茶葉種植區。對于呈帶狀分分布的茶葉種植適宜區，其自然生態條件較好，結合當地茶葉產業發展規劃，可以進行優質有機綠色茶葉的培育種植；在一般適宜區，可根據本次評價結果，提出針對性的科學合理的配方施肥方案來改善土壤的營養成分，從而提高茶葉產量和品質。這對科學調整農業種植結構、促進發展現代高效農業、提升特色農業品牌效應具有重要的指導意義。