基于土地適宜性評(píng)價(jià)的茶樹種植區(qū)劃研究：以巨峰鎮(zhèn)為例

段友春，章幫偉

(1.山東省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 第七地質(zhì)大隊(duì)，山東 臨沂 276006；2.中國礦業(yè)大學(xué)，江蘇 徐州 221000)

茶業(yè)是我國農(nóng)業(yè)特色優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，也是宜茶區(qū)鞏固拓展精準(zhǔn)脫貧成果的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。如何科學(xué)利用自然資源稟賦，合理擴(kuò)展茶樹適宜生產(chǎn)區(qū)規(guī)模和優(yōu)化空間布局，成為持續(xù)發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)，助農(nóng)增收的重要手段[2]。目前，國內(nèi)外很多學(xué)者從較大區(qū)域角度，選取氣候、地形、地質(zhì)地貌和土壤因子等對(duì)茶樹適宜性及其區(qū)劃進(jìn)行了大量研究，實(shí)現(xiàn)了基于土地適宜性評(píng)價(jià)的茶樹精細(xì)化分區(qū)[3-8]。為探討較小區(qū)域基于土地適宜性評(píng)價(jià)的茶樹種植區(qū)劃方法，本研究以山東省日照市巨峰鎮(zhèn)作為研究區(qū)域，在實(shí)地調(diào)查收集茶樹生長、茶葉產(chǎn)量、質(zhì)量相關(guān)資料，對(duì)土地、土壤、地形、氣候等因素進(jìn)行定性定量分析的基礎(chǔ)上，針對(duì)影響該區(qū)域茶樹種植的產(chǎn)量、質(zhì)量關(guān)鍵因素，選取土壤pH、土壤主要養(yǎng)分、土壤重金屬、土壤類型、冬季風(fēng)速、坡度、坡向等7項(xiàng)指標(biāo)作評(píng)價(jià)因子，采用分級(jí)賦分累積求和法對(duì)研究區(qū)茶樹土地適宜性進(jìn)行評(píng)價(jià)，劃分出最適宜區(qū)、一般適宜區(qū)和不適宜區(qū)，為擴(kuò)大茶樹種植面積、優(yōu)化當(dāng)?shù)夭铇浞N植布局、科學(xué)規(guī)劃茶葉種植基地提供科學(xué)管理依據(jù)[9]。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

巨峰鎮(zhèn)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(jí)構(gòu)造單元，沂沭斷裂帶東側(cè)，地理坐標(biāo)極值為北緯35°12′54″～35°20′45″，東經(jīng)119°8′6″～119°18′13″，總面積160.95 km2，下轄90個(gè)行政村，2.3萬戶，7.8萬口人。巨峰鎮(zhèn)受燕山運(yùn)動(dòng)的影響，境內(nèi)山丘起伏，平川散布，河流縱橫，地貌類型多樣，全境地勢(shì)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(qū)丘陵。巨峰鎮(zhèn)素有“南茶北引第一鎮(zhèn)”之美譽(yù)，也是江北茶葉生產(chǎn)面積最大的鄉(xiāng)鎮(zhèn)，截止至2019年茶園總面積達(dá)5 336 hm2。

1.2 評(píng)價(jià)圖件與數(shù)據(jù)來源

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

屬性數(shù)據(jù)：農(nóng)用地面積由土地利用現(xiàn)狀圖提??；土壤類型由土壤圖提取；土壤主要養(yǎng)分、pH、重金屬含量等來源于2018年1∶5萬土壤地球化學(xué)調(diào)查土壤采樣點(diǎn)，共計(jì)1 089個(gè)；坡向、坡度等數(shù)據(jù)來源于DEM數(shù)據(jù)庫；冬季平均風(fēng)速數(shù)據(jù)來源于1970～2015年當(dāng)?shù)貧庀筚Y料。

1.3 評(píng)價(jià)流程

建立評(píng)價(jià)單元→對(duì)地形、土壤、氣象等數(shù)據(jù)預(yù)處理→選取適合巨峰鎮(zhèn)茶樹種植的主要評(píng)價(jià)因子并確定其權(quán)重→建立評(píng)價(jià)指標(biāo)體系→對(duì)各因子進(jìn)行分級(jí)賦分分析→進(jìn)行加權(quán)疊加分析→結(jié)合農(nóng)用地分布圖，劃分出研究區(qū)茶樹種植的分區(qū)結(jié)果[10]。

1.4 評(píng)價(jià)方法

1.4.2 建立評(píng)價(jià)體系 影響茶葉適宜性的因子有很多，但只有最具有穩(wěn)定性和主導(dǎo)性的因子能夠反映評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)土地適宜性的差異[11]。本研究在分析已有研究成果的基礎(chǔ)上，結(jié)合野外調(diào)查，分別從土壤、氣候、地形3個(gè)方面中考慮評(píng)價(jià)因子的選擇。在氣候條件中盡管降水和相對(duì)濕度是影響茶樹生長的重要因素，但由于研究區(qū)的降水量和相對(duì)濕度基本能滿足茶樹生長需求，且在評(píng)價(jià)區(qū)范圍內(nèi)變化很小，所以并不作為參評(píng)因子[12]。根據(jù)當(dāng)?shù)夭铇浞N植經(jīng)驗(yàn)得知，冬季寒潮對(duì)研究區(qū)的茶樹種植影響很大，寒潮過程常伴有大風(fēng)、降溫等氣候現(xiàn)象，風(fēng)速?zèng)Q定著降溫程度，因此冬季風(fēng)速對(duì)茶樹種植起著至關(guān)重要的作用[8]，因此氣候方面選擇冬季風(fēng)速；根據(jù)茶樹喜酸怕堿的特性，加之土壤主要養(yǎng)分與土壤重金屬是直接影響茶葉產(chǎn)量與品質(zhì)的關(guān)鍵因素，因此土壤方面選擇土壤pH值、土壤類型、土壤主要養(yǎng)分、土壤重金屬4個(gè)指標(biāo)；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(fēng)，因此地形方面選擇坡向、坡度2個(gè)指標(biāo)。

1.4.3 確定指標(biāo)權(quán)重 綜合評(píng)價(jià)最關(guān)鍵的一環(huán)就是權(quán)重，權(quán)重是指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響程度或貢獻(xiàn)率，合理地分配權(quán)重對(duì)量化評(píng)估來說至關(guān)重要[13]。確定權(quán)重的方法有很多，目前較為常見的有統(tǒng)計(jì)平均法、變異系數(shù)法、層次分析法等[14]。本研究采用變異系數(shù)法，所謂變異系數(shù)法是一種客觀賦值的方法，是直接利用各項(xiàng)指標(biāo)所包含的信息，通過計(jì)算得到指標(biāo)對(duì)應(yīng)的權(quán)重[10]。

變異系數(shù)公式：

(1)

其中，Vi為第i項(xiàng)因子變異系數(shù)；σi為第i項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)差：xi為第i項(xiàng)因子平均值。

評(píng)價(jià)因子權(quán)重計(jì)算公式：

(2)

采用變異系數(shù)法確定因子權(quán)重見表1。

表1 各評(píng)價(jià)因子權(quán)重

1.4.4 計(jì)算評(píng)價(jià)指標(biāo) 對(duì)評(píng)價(jià)區(qū)影響茶葉適宜性的7種因子按照評(píng)價(jià)單元進(jìn)行統(tǒng)計(jì)計(jì)算或歸類，每種因子共分為3個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)的分值為一等5分、二等3分、三等1分。

中國旅游業(yè)的發(fā)展經(jīng)歷了從單一入境旅游市場(chǎng)，到入境旅游、國內(nèi)旅游兩個(gè)市場(chǎng)并舉，再到入境旅游、國內(nèi)旅游、出境旅游三個(gè)市場(chǎng)全面發(fā)展的過程[4]。與此相應(yīng)，我國旅游業(yè)三大市場(chǎng)發(fā)展戰(zhàn)略也經(jīng)歷一系列的調(diào)整變化，現(xiàn)定位為“全面發(fā)展國內(nèi)旅游、積極發(fā)展入境旅游、規(guī)范發(fā)展出境旅游”[4]。

1)土壤pH。根據(jù)采樣點(diǎn)位表層土壤pH值將區(qū)域內(nèi)的土壤pH劃分為3個(gè)等級(jí)，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(yǎng)分。進(jìn)行土壤主要養(yǎng)分綜合評(píng)價(jià)時(shí)，先計(jì)算各土壤元素之間的相關(guān)系數(shù)，再利用相關(guān)系數(shù)確定各養(yǎng)分因子的權(quán)重。利用單項(xiàng)元素因子隸屬度和權(quán)重，求得土壤綜合養(yǎng)分指數(shù)，對(duì)綜合養(yǎng)分進(jìn)行分級(jí)評(píng)價(jià)[15]。結(jié)合研究區(qū)土壤實(shí)際情況，本研究應(yīng)用FUZZY(模糊)綜合評(píng)判法對(duì)土壤養(yǎng)分質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值化的綜合評(píng)價(jià)[15]。在FUZZY綜合評(píng)價(jià)中，隸屬度可用隸屬度函數(shù)來表達(dá)。對(duì)土壤中各參評(píng)養(yǎng)分質(zhì)量指標(biāo)建立相應(yīng)的隸屬度函數(shù)，計(jì)算其隸屬度值，以此表示各養(yǎng)分質(zhì)量指標(biāo)的狀態(tài)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(shù)如下：

(3)

本研究采用計(jì)算各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)來確定土壤各養(yǎng)分的權(quán)重系數(shù)。利用相關(guān)系數(shù)法(公式4)求取各元素的權(quán)重(表2)。

表2 土壤主要養(yǎng)分權(quán)重結(jié)果

(4)

式中，rij—評(píng)價(jià)因子i與j的相關(guān)系數(shù)；wi為i元素的權(quán)重。

根據(jù)公式IFI=∑Wi·Ni，計(jì)算出綜合指標(biāo)值，Ni和Wi分別表示第i種養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值和權(quán)重系數(shù)[17]。根據(jù)結(jié)果將研究區(qū)土壤養(yǎng)分分為3個(gè)等級(jí)，即一等(IFI>0.55)、二等(0.35

3)土壤重金屬。根據(jù)本次工作將評(píng)價(jià)區(qū)內(nèi)8種重金屬元素(砷、鎘、鉻、銅、鉛、鎳、汞、鋅)，依據(jù)GB 15618-2018《土壤重金屬標(biāo)準(zhǔn)》確定其單因子環(huán)境質(zhì)量分級(jí)(公式5)；然后在此基礎(chǔ)上通過內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法(公式6)計(jì)算得到綜合評(píng)價(jià)結(jié)果，確定各評(píng)價(jià)單元土壤重金屬級(jí)別，以此來綜合評(píng)價(jià)研究區(qū)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(shí)測(cè)質(zhì)量分?jǐn)?shù),單位為mg/kg；Si為土壤中污染物i在GB 15618-2018中給出的農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險(xiǎn)篩選值，單位為mg/kg。

綜合土壤重金屬評(píng)價(jià)采用內(nèi)梅羅綜合指數(shù)法：

(6)

根據(jù)以上8種重金屬元素的單因子指數(shù)通過公式可以計(jì)算得出表征評(píng)價(jià)區(qū)土壤重金屬的內(nèi)梅羅綜合污染綜合指數(shù)P，根據(jù)土壤重金屬評(píng)價(jià)分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)可將評(píng)價(jià)區(qū)的土壤重金屬劃為3個(gè)級(jí)別，分別為一等(安全區(qū)，P≤0.7)、二等(輕微污染區(qū)，0.7

4)土壤類型。在研究區(qū)內(nèi)棕壤是最適宜茶樹生長的土壤類型，也是研究區(qū)內(nèi)種植茶樹的主要土壤類型。除此而外，酸性石質(zhì)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(jù)此將區(qū)域內(nèi)土壤類型劃分3個(gè)等級(jí)，即一等(棕壤)、二等(酸性石質(zhì)土和酸性粗骨土)和三等(其余類型土壤)。

5)風(fēng)速。根據(jù)1970-2015年的冬季平均風(fēng)速數(shù)據(jù)，在研究區(qū)內(nèi)劃分為3個(gè)等級(jí)，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(jù)研究區(qū)地形分布以及茶農(nóng)種植經(jīng)驗(yàn)可知，在平原地區(qū)(坡度<3°)不適宜茶樹種植。平原地區(qū)多排水不暢，若在此區(qū)種植會(huì)因積水而導(dǎo)致爛根，另外在坡度>25°陡峭地帶亦不適宜茶樹種植[19]。據(jù)此將茶樹種植坡度分為3個(gè)等級(jí)，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(shí)間是背風(fēng)坡，低溫且降水較少，而研究區(qū)地處北方，在冬季特別是經(jīng)歷寒潮的時(shí)候，迎風(fēng)坡遭受凍害嚴(yán)重，不適宜茶樹生長[12,20]。因此，根據(jù)研究區(qū)氣候和地形的實(shí)際情況，將研究區(qū)坡向劃分為3個(gè)等級(jí)，即一等(120°～240°)、二等(30°～120°，240～330°)和三等(0°～30°，330°～360°)。

1.4.5 劃分評(píng)價(jià)結(jié)果 將所得每個(gè)評(píng)價(jià)單元的7個(gè)單因子分級(jí)得分結(jié)果乘以各自相應(yīng)的權(quán)重值，然后進(jìn)行累積求和，即得到各單元的綜合評(píng)定分?jǐn)?shù)R，也就是各個(gè)單元格茶樹種植的適宜程度[21]。根據(jù)評(píng)價(jià)所得分?jǐn)?shù)的綜合情況，將研究區(qū)劃定為茶樹種植的最適宜等級(jí)(R≥3.8)、一般適宜等級(jí)(3.2

2 巨峰鎮(zhèn)劃分種植分區(qū)

在評(píng)價(jià)單元適宜性等級(jí)的基礎(chǔ)上，綜合考慮農(nóng)用地分布情況，劃分出茶樹種植分區(qū)圖，分為最適宜區(qū)、一般適宜區(qū)和不適宜區(qū)三大類(圖1)。各分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表3。

圖1 茶葉種植適宜性分區(qū)劃分

表3 研究區(qū)茶樹種植適宜性分區(qū)面積統(tǒng)計(jì)

最適宜種植區(qū)面積4 722.36 hm2，約占研究區(qū)總面積的30.27%，在全區(qū)呈帶狀分布，主要分布研究區(qū)中東部、西南部、西北部的丘陵地區(qū)，有一定的地形坡度，陽光照射充足，風(fēng)速適宜，且多為棕壤，棕壤性土，土壤肥力較好，可實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定的茶葉產(chǎn)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(jīng)濟(jì)效益。對(duì)于這些地區(qū)可以集中發(fā)展茶葉種植產(chǎn)業(yè)并且實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的管理，加大技術(shù)投入力量，提高經(jīng)營管理水平，從而提高茶葉產(chǎn)業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。

一般適宜種植區(qū)面積7 797.23 hm2，約占全區(qū)總面積的49.98%，主要分布于研究區(qū)中南部、中北部。一般適宜種植區(qū)多分布在緩坡平原丘陵地帶以及水系發(fā)育地區(qū)，多為白漿化棕壤、潮棕壤，風(fēng)速一般適宜，土壤養(yǎng)分一般，坡度較緩，對(duì)于這些地區(qū)，應(yīng)大力加強(qiáng)植物綠肥增強(qiáng)有機(jī)肥，改善土壤的營養(yǎng)成分以此來消除茶葉生長的不利因素。

不適宜種植區(qū)面積為907.12 hm2，約占全區(qū)總面積的5.81%，主要分布在研究區(qū)西北部、西南部，這部分地區(qū)土壤養(yǎng)分含量低，土壤環(huán)境狀態(tài)較差，部分地區(qū)位于山地的北坡，無法滿足茶樹正常生長需求，對(duì)于此類地區(qū)建議不要種植茶葉，否則投入所需會(huì)遠(yuǎn)超過收益所得，還有可能對(duì)當(dāng)?shù)氐纳鷳B(tài)環(huán)境造成破壞。

3 結(jié)論與建議

本研究利用茶樹種植適宜性評(píng)價(jià)體系，結(jié)合農(nóng)用地分布情況將巨峰鎮(zhèn)茶樹種植劃分為最適宜區(qū)、一般適宜區(qū)、不適宜區(qū)3個(gè)區(qū)域，與傳統(tǒng)的劃分方法相比，能夠更為直觀的體現(xiàn)茶葉種植適宜區(qū)分布情況。

經(jīng)實(shí)地調(diào)查核實(shí)與對(duì)比分析，本研究針對(duì)茶樹種植適宜性評(píng)價(jià)的評(píng)價(jià)結(jié)果符合當(dāng)?shù)貙?shí)際，建議下一步充分發(fā)揮當(dāng)?shù)靥赜械淖匀坏乩韮?yōu)勢(shì)，合理選擇茶葉種植區(qū)。對(duì)于呈帶狀分分布的茶葉種植適宜區(qū)，其自然生態(tài)條件較好，結(jié)合當(dāng)?shù)夭枞~產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃，可以進(jìn)行優(yōu)質(zhì)有機(jī)綠色茶葉的培育種植；在一般適宜區(qū)，可根據(jù)本次評(píng)價(jià)結(jié)果，提出針對(duì)性的科學(xué)合理的配方施肥方案來改善土壤的營養(yǎng)成分，從而提高茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)。這對(duì)科學(xué)調(diào)整農(nóng)業(yè)種植結(jié)構(gòu)、促進(jìn)發(fā)展現(xiàn)代高效農(nóng)業(yè)、提升特色農(nóng)業(yè)品牌效應(yīng)具有重要的指導(dǎo)意義。