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(nóng)業(yè)大學(xué)經(jīng)濟(jì)管理學(xué)院，合肥 230036； 2.六安市土壤肥料站，安徽六安 237000；3.安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)資源與環(huán)境學(xué)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(zhì)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(chǎn)量和品質(zhì)受光照強(qiáng)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(huán)境，一般在20～25℃的氣溫中最適宜生長。

目前，國內(nèi)外很多學(xué)者在茶樹適宜性及其區(qū)劃方面做了較多研究。主要從氣候、地形、地質(zhì)地貌和土壤因子等方面進(jìn)行綜合分析和評價，實現(xiàn)了基于氣候適宜性角度的茶樹精細(xì)化評價[4-5]。隨著我國茶業(yè)經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展以及學(xué)科交叉研究的不斷深入，目前模糊綜合評判法、加權(quán)指數(shù)求和法、灰色系統(tǒng)理論、多元函數(shù)方程、通徑分析等現(xiàn)代數(shù)理統(tǒng)計學(xué)方法被廣泛運用，并借助GIS與數(shù)學(xué)模型集成技術(shù)，因地制宜地開展茶樹種植用地綜合區(qū)劃，為優(yōu)化茶樹種植提供了依據(jù)，推動了茶葉科研和生產(chǎn)[6-8]。

隨著改革創(chuàng)新力度的加大，轉(zhuǎn)變農(nóng)業(yè)發(fā)展方式、加快推進(jìn)特色農(nóng)業(yè)現(xiàn)代化發(fā)展成為當(dāng)務(wù)之急，茶葉作為六安市的特色農(nóng)業(yè)，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(jìn)一步規(guī)劃六安市茶葉生產(chǎn)布局結(jié)構(gòu)與發(fā)展方向，優(yōu)化配置土地，將資源優(yōu)勢轉(zhuǎn)化為經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，文章以六安市為研究區(qū)域，利用“縣域耕地資源管理信息系統(tǒng)”對茶葉進(jìn)行適宜性評價，基于已有的數(shù)據(jù)資源，進(jìn)行綜合的定量與定性分析，為茶樹管理和規(guī)劃提供準(zhǔn)確、可靠的量化依據(jù)[9]，對六安市充分發(fā)揮區(qū)域自然資源優(yōu)勢、挖掘土地利用潛力、實現(xiàn)茶樹優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和茶樹用地可持續(xù)發(fā)展具有重要意義。

1 研究區(qū)概況

六安市地處北緯31°，擁有獨特的地理環(huán)境優(yōu)勢，晝夜溫差大，光合作用強(qiáng)，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(huán)抱，有利于茶多酚、氨基酸等營養(yǎng)物質(zhì)的積累。市內(nèi)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(jīng)濟(jì)作物，是農(nóng)業(yè)的主導(dǎo)產(chǎn)業(yè)，主要分布在霍山縣、金寨縣和舒城縣等縣區(qū)，現(xiàn)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(chǎn)茶縣區(qū)。近年來，茶產(chǎn)業(yè)成為六安市山區(qū)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、茶農(nóng)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(chǎn)量2.367 8萬t，同比2014年增長0.74%，取得了顯著的經(jīng)濟(jì)效益，其中金寨縣茶葉總產(chǎn)量7 600t，六安市轄區(qū)茶葉總產(chǎn)量6 878t，霍山縣茶葉總產(chǎn)量6 764t。

2 數(shù)據(jù)來源與研究方法

2.1 數(shù)據(jù)來源

園地是農(nóng)用地的一種，是種植以采集果、葉為主的集約經(jīng)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(xiàn)狀數(shù)據(jù)庫中提取茶園用地以及行政區(qū)界線的空間矢量數(shù)據(jù)，與六安市行政區(qū)劃圖、土壤圖疊加形成茶葉適宜性評價管理單元。數(shù)據(jù)主要包括研究區(qū)的地形、地貌、質(zhì)地、剖面、土壤養(yǎng)分等。其中土壤數(shù)據(jù)包括耕層質(zhì)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(yǎng)分狀況中的有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鋅等數(shù)據(jù)來源于六安市歷年土壤肥力監(jiān)測點田間記載及化驗結(jié)果數(shù)據(jù)和測土配方施肥土壤采樣點所有化驗數(shù)據(jù)； 研究區(qū)的海拔高度、地形、地貌等數(shù)據(jù)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(diào)查數(shù)據(jù)以及六安市茶葉種植布局及發(fā)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(quán)重，最后利用加法模型計算六安市茶葉種植地力綜合指數(shù)，并對茶葉種植的適宜性評價結(jié)果進(jìn)行校驗[10-11]。

3 研究內(nèi)容

3.1 選擇評價因子

通過組織六安市茶葉、土肥、農(nóng)學(xué)、園藝、植保和農(nóng)業(yè)經(jīng)濟(jì)管理等方面的專家進(jìn)行集中研討，根據(jù)重要性、差異性、穩(wěn)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(jié)果主要受地形地貌、剖面構(gòu)型、灌溉排澇、有機(jī)質(zhì)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(yǎng)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(biāo)體系。

表1 六安市茶葉適宜性評價因子

準(zhǔn)則層指標(biāo)層立地條件地形部位、地貌類型、成土母質(zhì)剖面組成剖面構(gòu)型、土體有效厚度土壤管理灌溉能力、排澇條件養(yǎng)分狀況有機(jī)質(zhì)、有效磷、有效鋅、速效鉀理化性狀耕層質(zhì)地、pH

3.2 確定評價因子權(quán)重

采用層次分析模型計算參評因子的單因素權(quán)重[14-15]。首先建立層次結(jié)構(gòu)模型，構(gòu)造相應(yīng)的判斷矩陣，對六安市13個評價指標(biāo)進(jìn)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(quán)重，結(jié)果見表2。

圖1 六安市茶葉評價因子層次結(jié)構(gòu)

表2 六安市茶葉適宜性評價因子的層次分析

指標(biāo)層(C)準(zhǔn)則層(B)立地條件理化性狀養(yǎng)分狀況土壤管理剖面性狀組合權(quán)重0 35000 18330 20720 11240 1471∑CiAi成土母質(zhì)0 35390 123865地形部位0 36110 126385地形地貌0 28500 09975耕層質(zhì)地0 45710 08378643pH0 54290 09951357有機(jī)質(zhì)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(gòu)型0 39050 05744255耕層厚度0 60950 08965745

3.3 建立評價因子屬性數(shù)據(jù)庫

獨立于ArcGIS系統(tǒng)和空間數(shù)據(jù)庫，評價因子屬性數(shù)據(jù)庫的建立與錄入可在Visual FoxPro下通過鍵盤輸入的方式統(tǒng)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(jù)其空間或?qū)傩詳?shù)據(jù)庫的特性，對每個評價單元進(jìn)行數(shù)據(jù)賦值。地形部位、地貌類型、成土母質(zhì)、剖面構(gòu)型、耕層質(zhì)地、有效土層厚度通過數(shù)字化形成矢量數(shù)據(jù)圖，直接和評價單元進(jìn)行疊加賦值； pH、有機(jī)質(zhì)、有效磷、速效鉀、有效鋅等土壤養(yǎng)分使用普通克里金插值方法(Ordinary Kriging)，利用區(qū)域統(tǒng)計功能(Cell Statistics)，統(tǒng)計出評價單元與轉(zhuǎn)換為柵格圖的插值結(jié)果重疊區(qū)域的平均值，根據(jù)區(qū)域統(tǒng)計的唯一標(biāo)識字段進(jìn)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(tǒng)的以點帶面法進(jìn)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(shù)模型，模型中各個指標(biāo)與耕地生產(chǎn)潛力的關(guān)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(yīng)的隸屬度，并根據(jù)數(shù)據(jù)擬合出隸屬函數(shù)； 概念型包括地貌類型、質(zhì)地、剖面構(gòu)型等定性、綜合性的評價指標(biāo)，因與耕地生產(chǎn)能力之間呈非線性關(guān)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(shù)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(qiáng)適宜0 5200～0 60001 820349 83不適宜<0 52000 503313 78

4 茶葉適宜性評價結(jié)果綜合指數(shù)與適宜性等級

4.1 六安市茶葉種植地力綜合指數(shù)

采用累加法計算每個評價單元的綜合地力指數(shù)，公式為：

IFI=∑(Fi×Ci)

(1)

式(1)中，IFI(Integrated Fertility Index)代表耕地地力數(shù)； Fi為第i個因素評分值； Ci為第i個因素的組合權(quán)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(jù)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(qiáng)適宜和不適宜4個等級，并邀請當(dāng)?shù)仡I(lǐng)導(dǎo)依據(jù)實際情況對評價結(jié)果進(jìn)行校驗，詳見圖2和表3。

5 六安市茶葉適宜性評價分區(qū)與特征

5.1 六安市茶葉適宜性評價分區(qū)

根據(jù)評價結(jié)果，六安市茶葉適宜性分區(qū)分為高度適宜、適宜、勉強(qiáng)適宜和不適宜4個等級。其中高度適宜區(qū)面積為0.550 4萬hm2，占六安市茶園地的15.07%； 適宜區(qū)面積為0.779 3萬hm2，占六安市茶園地的21.33%，勉強(qiáng)適宜區(qū)面積為1.820 3萬hm2，占六安市茶園地的49.83%，不適宜區(qū)面積為0.503 3萬hm2，占六安市茶園地的13.78%。結(jié)果表明，六安市適宜茶葉種植區(qū)占比36.4%，勉強(qiáng)適宜區(qū)占比接近50%，不適宜區(qū)占比相對較小，應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶嶋H情況對六安市勉強(qiáng)適宜和不適宜區(qū)域進(jìn)行改良或調(diào)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(qiáng)適宜(hm2)比例(%)不適宜(hm2)比例(%)金安區(qū)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(qū)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(yīng)性評價分區(qū)

5.2 六安市茶葉適宜性區(qū)域特征

由圖3和表4可知，茶葉種植高度適宜區(qū)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(chǎn)名特優(yōu)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(zhì)地以中壤至重壤、重壤至輕粘為主，有較強(qiáng)的排澇能力。由于當(dāng)?shù)厮鉄豳Y源豐富，土層深厚，質(zhì)地適中，水、肥、氣、熱較為協(xié)調(diào)，利于開發(fā)高品質(zhì)和高產(chǎn)量的名特優(yōu)茶，有巨大的增收潛力，土壤中各養(yǎng)分含量及水平見表5。

表5 高度適宜區(qū)主要土壤養(yǎng)分含量及水平

項目有機(jī)質(zhì)(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(qū)主要土壤養(yǎng)分含量及水平

表7 勉強(qiáng)適宜區(qū)主要土壤養(yǎng)分含量及水平

表8 不適宜區(qū)主要土壤養(yǎng)分含量及水平

茶葉種植適宜區(qū)主要分布在霍山縣、金寨縣和舒城縣。該區(qū)以生產(chǎn)中、高檔綠茶為主，產(chǎn)量相對較高，諸佛庵鎮(zhèn)、大化坪鎮(zhèn)、古碑鎮(zhèn)、舒茶鎮(zhèn)、但家廟鄉(xiāng)、東河口鎮(zhèn)、東西溪鄉(xiāng)、獨山鎮(zhèn)、分路口鎮(zhèn)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)為茶園主要分布地。該地多丘陵、低山、中山區(qū)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(zhì)地以沙壤至重壤、中壤至重壤為主，排澇能力較強(qiáng)，茶園分布面積大，以紅綠茶兼營為主。生態(tài)環(huán)境相對于高度適宜區(qū)次之，通過改進(jìn)生產(chǎn)技術(shù)和自然環(huán)境，可發(fā)展規(guī)?；N植。這里生產(chǎn)的茶葉品質(zhì)優(yōu)良且單產(chǎn)高，是六安市大宗名茶的主產(chǎn)區(qū)，土壤中各養(yǎng)分含量及水平見表6。

茶葉種植勉強(qiáng)適宜區(qū)主要分布在霍山縣和金寨縣。該地多低山、中山、丘陵區(qū)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(yǎng)分含量中等，質(zhì)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(jìn)行必要的土地改造。在該區(qū)域規(guī)劃茶葉種植時，應(yīng)從成本角度等方面考慮，積極推廣和發(fā)展無公害茶園種植，努力提高茶葉單產(chǎn)和品質(zhì)，土壤中各養(yǎng)分含量及水平見表7。

茶葉種植不適宜區(qū)在金寨縣分布面積較大。該區(qū)茶園多位于中山區(qū)，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(zhì)地以沙壤為主，排澇能力較弱。該區(qū)水光熱資源相對較差，土層厚度薄，養(yǎng)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(yǎng)分含量及水平見表8。

5.3 六安市茶葉種植的發(fā)展建議

(1)科學(xué)區(qū)劃，建設(shè)適度規(guī)模的茶葉生產(chǎn)基地。六安市適宜茶葉種植的區(qū)域高達(dá)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(fā)展茶產(chǎn)業(yè)的巨大潛力和優(yōu)勢。首先要做好各鄉(xiāng)鎮(zhèn)的發(fā)展規(guī)劃，選擇基礎(chǔ)條件較好的霍山縣、金寨縣和舒城縣，充分依托和發(fā)揮當(dāng)?shù)鬲毺氐馁Y源優(yōu)勢，利用得天獨厚的宜茶環(huán)境，劃定產(chǎn)地地域保護(hù)范圍，強(qiáng)化科技支撐，培育出適合各鄉(xiāng)鎮(zhèn)發(fā)展的“拳頭”產(chǎn)品。通過無性系良種良法栽培技術(shù)、有機(jī)茶生產(chǎn)技術(shù)、測土配方施肥等一系列技術(shù)集成，建立六安市現(xiàn)代高效生態(tài)茶園和高標(biāo)準(zhǔn)示范基地。

(2)綜合整治，建設(shè)生態(tài)茶園。土壤是茶樹生長和品質(zhì)形成的物質(zhì)基礎(chǔ)。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(xué)酸性肥料來降低土壤pH以適宜茶葉生長； 土壤質(zhì)地是反映土壤物理性質(zhì)的綜合指標(biāo)，對金寨縣東部和南部質(zhì)地黏重、透水性差的區(qū)域進(jìn)行深耕細(xì)作，配合施肥灌溉，熟化活土層，為茶葉生長創(chuàng)造良好條件； 土壤肥力是土壤為茶葉生長提供營養(yǎng)條件和環(huán)境條件的能力，六安市南部和西南部的土壤土體結(jié)構(gòu)緊密、容重大、養(yǎng)分缺乏，需增施有機(jī)肥等培肥措施，在施肥中應(yīng)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(dá)到平衡施肥。同時，要從生態(tài)經(jīng)濟(jì)系統(tǒng)的綜合性和協(xié)調(diào)性出發(fā)，著重規(guī)劃建設(shè)六安市茶園的排水和儲水系統(tǒng)，并以預(yù)防病蟲害防治為主，力求最大程度的減少茶葉農(nóng)藥殘留，實現(xiàn)茶園生態(tài)建設(shè)。

6 討論

該文通過計算茶園評價單元的綜合指數(shù)，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(qiáng)適宜和不適宜4個等級。六安市適宜茶葉種植區(qū)主要分布在西南部、中部和東南部以及葉集區(qū)和霍邱縣南部的小部分區(qū)域，北部因地形、土壤、氣候等因素，不適宜種植茶葉，應(yīng)根據(jù)因地制宜和針對性原則，合理規(guī)劃，優(yōu)化布局，提高六安市茶葉種植生產(chǎn)力，實現(xiàn)茶葉優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)。

影響茶葉種植適宜性的因素主要包括自然環(huán)境因素和社會經(jīng)濟(jì)因素，該文是基于六安市氣候環(huán)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(xué)合理性，今后在研究與實際應(yīng)用中需引入不同地形的小氣候、降水和社會經(jīng)濟(jì)等因素，進(jìn)一步修正與完善評價指標(biāo)體系。

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