印江縣茶樹種植區與非種植區耕地土壤養分分布特征

李永剛，石 睿，饒紅娟，張 翼，王文杰，洪萬華

(1.貴州省地質礦產勘查開發局 一O一地質大隊，貴州 凱里 556004；2.貴州省地質礦產勘查開發局 一O三地質大隊，貴州 銅仁 554300)

0 引言

【研究意義】農作物對地質環境具有選擇性，而為其提供生長場所的巖石和土壤扮演關鍵角色[1]，土壤的pH和養分元素等含量在很大程度上影響茶葉品質[2-5]。依據農業農村部無公害茶園土壤環境質量標準和《貴州省種植業區劃》，將種植茶樹土壤pH 4.5～5.5的區域劃分為非常適宜地，pH 5.5～6.5的區域為適宜地，pH 4.0～4.5的區域為比較適宜地，pH>6.5或pH<4.0的區域為不適宜地[6]。土壤的酸堿度通過影響礦質鹽分溶解度而影響其養分有效性，當pH小于4.50或大于6.50時，茶樹對氮、磷、鉀等的吸收能力顯著降低[7]，進而影響茶葉的產質量[8]。貴州茶區土壤偏酸，普遍存在缺磷和缺鉀現象[9-10]。水土流失導致有機質降低，茶樹根系為了適應土壤缺磷環境分泌有機酸，茶樹凋落物、修剪枝葉等自身物質循環以及長期大量偏施尿素和生理酸性肥料等是造成土壤酸化的重要原因[11-14]。因此，探究印江縣茶樹種植區與非種植區耕地土壤養分分布特征，分析其耕地土壤pH和主要養分差異，對該區域土地資源的合理利用及茶樹種植的科學布局具有重要意義[6-7]。【前人研究進展】針對貴州茶園土壤pH和養分的研究已有報道。張小琴等[4]研究表明，茶園土壤pH和養分是決定茶樹生長優劣的關鍵因素；DEBNATH等[15]發現，適量施氮能增加茶葉產量，改善茶葉品質；范寶磊等[16]認為，梵凈山北西、印江一帶的環境條件適宜開發生產無公害茶和有機茶，屬于優質茶區和富硒優質茶區；陳玲等[17]對貴州銅仁茶區土壤主要養分調查發現，茶區大部分茶園土壤有酸化趨勢，甚至已經酸化，嚴重缺磷，部分茶區缺鉀。針對貴州省耕地質量地球化學特征，前人展開了大量研究，楊娟等[18-19]認為，有機質中腐殖質對土壤團粒結構的維持和形成有重要作用，增加有機質能促使腐殖質產生有機膠體；任明強等[20]介紹了貴州1︰50 000耕地質量地球化學調查評價方法技術；馬義波等[21]研究了貴州成土母巖類型及其與耕地土壤的關系；李龍波等[22]開展了貴州喀斯特地區典型土壤碳酸鹽垂直分布特征及其同位素組成的研究；蔡大為等[23]研究表明，貴州省耕地土壤有機質、N和P的背景值較高，K的背景值略低，耕地土壤偏酸性?！狙芯壳腥朦c】梵凈山北西、印江一帶生態環境和地質背景均具有大面積種植茶葉的基礎，但該區域耕地坡度較大，撂荒程度高，種植結構急需改善。目前，鮮見有關貴州印江茶樹種植區與非種植區耕地土壤養分特征的研究報道。【擬解決的關鍵問題】探究印江縣茶樹種植區與非種植區耕地土壤養分的分布特征，以期為該區域土地資源的合理利用及茶樹種植的科學布局提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

印江縣位于108°17′52″～108°48′18″E、27°35′19″～28°20′32″N，地處武陵主峰梵凈山西麓，位于貴州省東北部，云貴高原向湘西丘陵和四川盆地過渡的大斜坡地帶。轄區國土總面積196 900 hm2，海拔高差377～2 493 m，立體小氣候明顯，屬典型的山區農業縣，素有“八山一水一分田”之說。

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 土壤樣品采集 印江縣耕地調查面積為53 915 hm2，在確保采樣點的代表性、均勻性、控制性和合理性基礎上，結合1︰50 000地形圖定點，使用手持GPS連續采集耕地表層土壤(0～20 cm)，由4～6個子樣等量混合組成1個樣品，每個土樣至少留取600 g，取300 g作副樣，共采集土壤樣品5 410個(101個重復樣)，平均采樣密度9.85點/km2。

1.2.2 土壤樣品分析 將土壤樣品去除雜質，野外風干過2 mm尼龍篩，包裝編號后送實驗室分析測試，土壤樣品測試分析由湖北省地礦中心實驗室完成。采用電位法(ISE)測定pH，用X射線熒光光譜法(XRF)測定全鉀(TK)和全磷(TP)，用容量法(VOL)測定全氮(TN)、堿解氮(AN)和有機質(OM)，用電感耦合等離子體原子發射光譜法(ICP-OES)測定速效鉀(AK)和有效磷(AP)。

1.3 耕地分區方法

將印江縣耕地圖斑按照茶樹種植區、茶樹種植示范區、耕作程度較弱區和耕作程度較強區進行分區，劃分為茶樹種植區、茶葉示范園區、耕地撂荒區和平壩區。

1.4 土壤養分與pH分級標準

參照《土地質量地球化學評價規范》(DZ/T 0295—2016)的土壤養分分級標準(表1)，將OM、AN、AP和AK分別劃分為豐富、較豐富、中等、較缺乏和缺乏5個等級；pH劃分為強堿性(pH>8.5)、堿性(7.5

表1 土壤養分和pH的分級標準Table 1 Grading standard for nutrients and pH of soil

1.5 數據統計與分析

采用Excel 2013和SPSS 20.0對試驗數據進行統計分析與繪圖。

2 結果與分析

2.1 印江縣耕地土壤pH的分布特征

由表2可知，印江縣耕地土壤pH均值為5.97，其中，5

表2 印江縣耕地土壤pH的分區統計Table 2 pH zoning statistics of cultivated land in Yinjiang County

2.2 印江縣耕地土壤的養分含量及分布特征

2.2.1 土壤養分狀況 從表3看出，耕地土壤OM中等至豐富的樣品占68.29%，較豐富至豐富占20.67%；TN中等至豐富占93.50%，較豐富至豐富占54.13%；TP中等至豐富占38.82%，較豐富至豐富占14.31%；TK中等至豐富占86.02%，較豐富至豐富占71.18%；AN中等至豐富占59.39%，較豐富至

表3 印江縣耕地土壤養分含量的分布占比 Table 3 Distribution proportion of nutrient content in soil of cultivated land in Yinjiang County %

圖1 印江縣耕地土壤全氮、全磷、全鉀與堿解氮、有效磷、速效鉀的相關性Fig.1 Relationships between TN and AN,TP and AP,and TK and AK in cultivated land of Yinjiang County

豐富占28.47%；AP中等至豐富占39.73%，較豐富至豐富占20.08%；AK中等至豐富占63.87%，較豐富至豐富占30.05%。表明，印江縣耕地土壤AN、AK和OM總體表現中等偏豐富，AP較缺乏和缺乏，TN和TK較豐富，TP較缺乏，養分極不平衡。由圖1可知，AN與TN、AP與TP和AK與TK均呈正相關關系，其相關系數依次為AN(R2=0.435)>AP(R2=0.273)>AK(R2=0.005)，表明TN和AN相關性較好。

2.2.2 有機質 從表4看出，印江縣耕地土壤OM均值為23.97 g/kg，以中等占比最高，達47.62%；較缺乏次之，為27.58%；各區均值為10～30 g/kg，即表現為中等偏缺乏。其中，平壩區OM均值最高，為26.68 g/kg，較印江縣高2.71 g/kg；茶葉示范園區OM均值為25.15 g/kg，較印江縣高1.18 g/kg；茶樹種植區和耕地撂荒區OM均值分別為20.21 g/kg和23.43 g/kg，較印江縣低3.76 g/kg和0.54 g/kg。茶樹種植區、耕地撂荒區、平壩區和茶葉示范園區均以中等占比最高，較缺乏次之。整體看，印江縣耕地土壤有機質含量以中等為主。

表4 印江縣耕地土壤有機質含量及分布Table 4 Content and distribution of organic matter in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.3 堿解氮 從表5看出，印江縣、茶樹種植區、耕地撂荒區、平壩區和茶葉示范園區AN均值分別為100.71 mg/kg、102.68 mg/kg、91.23 mg/kg、122.13 mg/kg和90.89 mg/kg，依次為平壩區>茶樹種植區>印江縣>耕地撂荒區>茶葉示范園區；AN>120 mg/kg占比依次為平壩區(63.16%)>印江縣(28.47%)>茶樹種植區(25.86%)>耕地撂荒區(21.59%)>茶葉示范園區(15.91%)；AN≤90 mg/kg占比依次為耕地撂荒區=茶葉示范園區(56.82%)>印江縣(40.61%)>茶樹種植區(34.48%)>平壩區(21.05%)。表明，印江縣耕地土壤AN含量處于中等偏豐富，平壩區AN含量最高，耕地撂荒區和茶葉示范園區較低。

表5 印江縣耕地土壤堿解氮含量及分布 Table 5 Content and distribution of available nitrogen in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.4 有效磷 由表6可知，印江縣、茶樹種植區、耕地撂荒區、平壩區和茶葉示范園區AP均值分別為14.86 mg/kg、18.01 mg/kg、7.99 mg/kg、26.94 mg/kg和16.32 mg/kg，依次為平壩區>茶樹種植區>茶葉示范園區>印江縣>耕地撂荒區；AP>20 mg/kg占比依次為平壩區(52.64%)>茶樹種植區(22.41%)>印江縣(20.08%)>茶葉示范園區(18.18%)>耕地撂荒區(7.96%)；AP≤10 mg/kg占比依次為耕地撂荒區(84.10%)>印江縣(60.26%)>茶葉示范園區(56.82%)>茶樹種植區(50.00%)>平壩區(15.79%)。綜合看，印江縣耕地土壤AP含量偏低，分布不均，土壤背景AP缺乏較嚴重，其中耕地撂荒區AP最低，且處于較缺乏至缺乏的占比達84.10%。

表6 印江縣耕地土壤有效磷含量及分布 Table 6 Content and distribution of available phosphorus in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.5 速效鉀 從表7看出，印江縣、茶樹種植區、耕地撂荒區、平壩區和茶葉示范園區AK均值分別為143.00 mg/kg、149.91 mg/kg、130.70 mg/kg、138.05 mg/kg和154.06 mg/kg，依次為茶葉示范園區>茶樹種植區>印江縣>平壩區>耕地撂荒區；AK>150 mg/kg占比依次為茶葉示范園區(38.64%)>茶樹種植區(32.75%)>印江縣(30.05%)>平壩區(26.32%)>耕地撂荒區(26.14%)；AK≤100 mg/kg占比依次為印江縣(36.12%)>耕地撂荒區(35.23%)>茶樹種植區(29.31%)>平壩區(26.32%)>茶葉示范園區(15.91%)。表明，印江縣耕地土壤AK處于中等偏豐富，茶葉示范園區、茶樹種植區優于其他區。

表7 印江縣耕地土壤速效鉀含量及分布 Table 7 Content and distribution of available potassium in soil of cultivated land in Yinjiang County

3 討論

土壤 pH值是衡量土壤酸堿性的指標。研究表明，印江縣耕地土壤pH為3.87～8.57，均值5.97，略低于貴州省背景值[23]，其中，5

土壤養分是決定植物生長及其產品優劣的關鍵因素。研究結果顯示，除平壩區外，印江縣耕地土壤各養分指標含量均低于貴州省均值[23]。據2015年印江縣土地利用現狀變更調查統計顯示，印江縣耕地坡度大于15°以上占比達63.43%[22]。因此，認為該縣耕地坡度較大，水土流失嚴重是造成其耕地土壤養分含量偏低的主要原因，也是耕地撂荒占比較大(約20%)的主要原因。印江縣各區域耕地土壤AN、AP和AK表現出不同程度缺乏，以AP最突出，除平壩區外，其處于較缺乏至缺乏的占比均≥50.00%；平壩區OM和AN含量較高，可能是受稻草還田和種植綠肥等作物的影響。耕地撂荒區AN、AP和AK處于較缺乏和缺乏的占比較大；茶樹種植區AN、AP和AK均高于印江縣背景值[24]，OM含量較低，可能是為緩解土壤酸化，減少茶樹凋落物和修剪枝葉等自身循環，從而降低該區土壤OM含量。TK(51.08%)處于豐富的占比最大，TN(39.37%)、AN(30.92%)、AK(33.82%)和OM(47.62%)處于中等的占比最大，TP和AP處于較缺乏和缺乏的占比最大，分別為44.68%和42.20%。表明，印江縣耕地土壤養分分布不平衡，缺磷嚴重，主要處于較缺乏至缺乏狀態，與蔡大為等[23，25]研究結果相似。姚冬輝等[26]研究表明，江西省耕地土壤偏酸，OM和AP適中至較豐富，AN較豐富，AK較缺乏，與研究結果差異較大。可能是由于成土母質、地質環境、地形地貌和耕作方式等不同造成。依據相關性分析得出，AN與TN、AP與TP和AK與TK均呈正相關關系，AK與TK的相關系數最低(R2=0.005)，表明AK與TK的相關性較差，可能是由于印江縣耕地土壤母巖以碎屑巖為主，碎屑巖含大量黏土類礦物，而黏土類礦物中鉀多為結合態導致。

綜合看，印江縣耕地土壤TN豐富，AK和OM較豐富，AP較缺乏。參照韓文炎等[27]提出的優質高效高產茶園土壤養分診斷方法，印江縣耕地土壤達到優質高效高產茶園的占比約20%。印江縣具有大規模種植優質茶葉的潛力，尤其是耕地撂荒區和坡度大于15°以上的耕地，種植茶樹可適當緩解水土流失。

4 結論

印江縣耕地土壤pH平均值為5.97，偏酸性。土壤TN和TK較豐富至豐富的占比分別為54.13%和71.18%，表現豐富；AN、AK和OM中等至豐富為59.39%、63.87%和68.29%，表現中等偏豐富；TP和AP較缺乏至缺乏分別為61.18%和60.26%，表現較缺乏。AN與TN、AP與TP和AK與TK均呈正相關關系，其相關系數依次為AN(R2=0.435)>AP(R2=0.273)>AK(R2=0.005)。其中，平壩區耕地土壤各養分指標較其他區具有明顯優勢，其有效養分指標OM、AN、AP和AK含量均較高，分別為26.68 g/kg、122.13 mg/kg、26.94 mg/kg和138.05 mg/kg。與印江縣背景值比，茶樹種植區除OM外，其他養分指標均較背景值高。耕地撂荒區土壤AN、AK和AP較缺乏至缺乏占比較大，分別為56.81%、84.10%和35.23%。綜合看，印江縣耕地土壤養分分布不平衡，偏酸性；平壩區耕地土壤養分狀況整體較優，絕大部分耕地適宜種植茶樹。建議進一步加強土壤酸化改良力度，茶樹種植區加強推廣測土配方施肥、適當種植豆科植物及增施有機肥料等技術，提升其耕地質量，促進現代農業可持續發展。