杭州余杭徑山茶園土壤養(yǎng)分狀況及肥力質(zhì)量評價

龐英華，顧萬帆，金鑫，張舟娜，金雅慧，鄭洪福

（1杭州市余杭區(qū)農(nóng)民素質(zhì)教育服務(wù)總站，杭州 311115；2杭州市余杭區(qū)農(nóng)業(yè)生態(tài)與植物保護服務(wù)站，杭州 311121；3杭州市余杭區(qū)農(nóng)產(chǎn)品質(zhì)量安全檢驗檢測站，杭州 311115）

0 引言

余杭徑山乃“茶圣著經(jīng)之地，日本茶道之源”。徑山茶最早起源于唐天寶年間的徑山萬壽禪寺，后以“崇尚自然，追求綠翠，講究真色、真香、真味”著稱于世。目前，余杭徑山茶園總面積約4767 hm2，年產(chǎn)量近9000 t，產(chǎn)值9 億余元。經(jīng)過調(diào)研發(fā)現(xiàn)，近幾十年來余杭徑山茶園種植模式單一，施肥固化，土壤酸化、養(yǎng)分不平衡等問題突出，這不僅影響了茶園土壤健康，更影響了茶葉品質(zhì)，導(dǎo)致經(jīng)濟效益下滑，嚴(yán)重可能危害徑山茶可持續(xù)發(fā)展。對余杭徑山茶園土壤調(diào)查局限在某一養(yǎng)分是否豐缺，對綜合肥力因子的徑山茶園土壤綜合評價較少，導(dǎo)致對徑山茶園土壤認識不足，因此針對余杭徑山茶園開展土壤養(yǎng)分狀況及肥力質(zhì)量評價的研究具有非常重要的意義?，F(xiàn)階段土壤養(yǎng)分及肥力質(zhì)量評價的方法主要以主成分分析法[1]、多元線性回歸分析法[2]、模糊數(shù)學(xué)分析法[3]、層次分析法[4]、BP人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)法[5]等為主；目前，主成分分析法在土壤質(zhì)量評價中得到廣泛的應(yīng)用，一般認為其可以弱化變量之間的自相關(guān)性所造成的誤差，獲得互不相關(guān)的主成分得分，并通過計算得到綜合評價得分，精確評價土壤養(yǎng)分質(zhì)量，以及可精確篩選土壤屬性的變異性[6]；模糊數(shù)學(xué)法自Zadeh 提出以來，發(fā)現(xiàn)其在土壤環(huán)境質(zhì)量評價中的分辨率要顯著高于其他評價方法[7]。本研究通過對杭州市余杭區(qū)徑山茶園土壤養(yǎng)分狀況的分析，利用模糊數(shù)學(xué)隸屬度函數(shù)模型對主成分分析結(jié)果的運用[12]，對余杭徑山茶園土壤養(yǎng)分狀況進行質(zhì)量評價，從總體上掌握徑山茶園土壤肥力情況，以期為指導(dǎo)徑山茶園土壤合理管護、提高茶葉品質(zhì)與產(chǎn)量，提供重要的數(shù)據(jù)支撐與科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

余杭區(qū)，隸屬于浙江省杭州市，地理坐標(biāo)為東經(jīng)119°40′—120°23′，北緯30°09′—30°34′，總面積940 km2，下轄7 個街道，5 個鎮(zhèn)。地勢由西北向東南傾斜，大致以東苕溪一帶為界，西北為山地丘陵區(qū)，屬天目山余脈。東部為堆積平原，地勢低平，塘漾棋布，是著名的杭嘉湖水網(wǎng)平原，海拔僅2～3 m。東南部為灘涂平原，其間孤丘兀立，地勢又略轉(zhuǎn)高亢，海拔為5～7 m。余杭區(qū)土壤共分7 個土類、13 個亞類、34 個土屬、53 個土種[8]，地處北亞熱帶南緣季風(fēng)氣候區(qū)，年平均雨量1150～1550 mm，年平均氣溫15.3～16.2℃，雨熱同季，有利于葉莖類作物和瓜果生產(chǎn)。

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品采集自余杭區(qū)徑山茶園主要所在地7個鎮(zhèn)街，既徑山鎮(zhèn)、中泰街道、余杭街道、瓶窯鎮(zhèn)、黃湖鎮(zhèn)、鸕鳥鎮(zhèn)、百丈鎮(zhèn)，共36 個土壤采樣點，詳見圖1。土壤樣品采集方法按照《土壤農(nóng)化分析》要求，即在同一采樣區(qū)域根據(jù)“S”形布點并采樣。在茶園施肥前，離茶樹根莖約30 cm 處，采集8～10 個0～20 cm 土層小樣點土壤樣品，去除雜物后，將每個采樣區(qū)域內(nèi)的小樣點土壤樣品混合均勻，用四分法棄取至1 kg左右。將土樣分別過10目與100目篩，封裝后備用。

圖1 徑山茶園土壤采樣點

1.3 測定項目及方法

對所采土樣的pH、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷和速效鉀進行分析測定。土壤pH測定參照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》土壤檢測第2 部分(NY/T1121.2—2006)，采用電極法進行測定；土壤有機質(zhì)含量測定參照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》土壤檢測第6 部分(NY/T1121.6—2006)，采用重鉻酸鉀容量法進行測定；土壤全氮含量測定參照《中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)》土壤全氮測定法(NY/T 53—1987)，采用半微量定氮滴定測定；土壤堿解氮含量測定參照《中華人民共和國林業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》森林土壤氮的測定(LY/T 1228—2015)，采用堿解—擴散法進行測定；土壤有效磷含量測定參照土壤檢測第7 部分(NY/T1121.7—2014)，采用紫外/可見分光光度計法進行測定。土壤速效鉀含量測定參照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》土壤速效鉀的測定(NY/T 889—2004)，采用1 mol/L乙酸銨浸提－火焰光度法進行測定。以上土壤樣品均過100目篩孔。

1.4 土壤養(yǎng)分評價標(biāo)準(zhǔn)

余杭徑山茶園土壤養(yǎng)分狀況質(zhì)量評價標(biāo)準(zhǔn)參照《中華人民共和國農(nóng)業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》中《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術(shù)條件》(NY/T853—2004)的茶園土壤肥力分級標(biāo)準(zhǔn)和國家綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T391—2013)，將茶園土壤養(yǎng)分分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個等級，茶園土壤養(yǎng)分含量分級標(biāo)準(zhǔn)如表1。

表1 茶園土壤養(yǎng)分分級標(biāo)準(zhǔn)

1.5 土壤肥力綜合指數(shù)計算

1.5.1 土壤單項肥力指標(biāo)隸屬度的確定本研究選取土壤pH、有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀共6個指標(biāo)來確定余杭區(qū)徑山茶園土壤肥力綜合指標(biāo)值。常用的隸屬度函數(shù)有S 型和拋物線型2 種，其中，土壤pH指標(biāo)于拋物型隸屬函數(shù)，其余5 個指標(biāo)屬于S 型隸屬函數(shù)[9-12]。函數(shù)表達式如式(1)～(2)所示。

拋物線型隸屬函數(shù)：

S型隸屬函數(shù)：

式中：Ai為評價因子i的隸屬值，x為各指標(biāo)的分析測定值，隸屬值大小為0.1～1.0。各肥力指標(biāo)隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點如表2。

表2 各肥力指標(biāo)的隸屬度函數(shù)曲線轉(zhuǎn)折點的取值

1.5.2 土壤單項肥力指標(biāo)權(quán)重系數(shù)的確定本研究采用主成分分析法，選取累計百分率大于75%的主成分來確定土壤單項肥力因子的權(quán)重系數(shù)[9-12]，計算公示如式(3)所示。

式中，ri均為評價因子i與其他各因子之間相關(guān)系數(shù)的平均值，Σr均表示全部的因子相關(guān)系數(shù)平均值和。

1.5.3 土壤肥力綜合指數(shù)IFI的計算土壤肥力綜合指數(shù)IFI[9-12]的計算公示如式(4)所示。

式中，n為評價指標(biāo)數(shù)量，Bi和Ai分別為第i個評價指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)和隸屬值。將土壤肥力綜合指數(shù)IFI進行等級劃分，如表3。

表3 徑山茶園土壤肥力綜合指數(shù)劃分區(qū)間

1.6 數(shù)據(jù)分析

采用WPS 2016 進行土壤養(yǎng)分含量數(shù)據(jù)處理并計算平均數(shù)、變異系數(shù)、肥力綜合指數(shù)以及繪制養(yǎng)分含量點狀圖與柱狀圖等，使用SPSSAU 計算土壤單項肥力指標(biāo)隸屬度，進行主成分分析確定權(quán)重系數(shù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 徑山茶園土壤養(yǎng)分狀況

2.1.1 徑山茶園土壤pH 余杭徑山茶園土壤介于pH 3.68～7.53 之間，平均值為pH 4.72，變異系數(shù)為17.83%，屬于中等變異。從徑山茶園土壤pH 分布來看，有10 個樣點的茶園土壤pH 達到I 級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的27.78%；19 個樣點達到II 級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的52.78%；7個樣點達到Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的19.44%，詳見表4 與表5?？梢?6 個樣點的徑山茶園土壤有酸化明顯趨勢。

表4 徑山茶產(chǎn)區(qū)茶園土壤肥力狀況實測數(shù)據(jù)及分級

表5 余杭徑山茶園土壤養(yǎng)分指標(biāo)數(shù)據(jù)

2.1.2 徑山茶園土壤有機質(zhì)余杭徑山茶園土壤有機質(zhì)含量在16.3～103 g/kg之間，平均值為39.9 g/kg，變異系數(shù)為44.88%，屬于中等變異。從有機質(zhì)含量分布來看，36個樣點的有機質(zhì)含量全部達到I級標(biāo)準(zhǔn)，占比達100.00%，詳見表4 與表5。可見余杭徑山茶園土壤有機質(zhì)含量十分豐富。

2.1.3 徑山茶園土壤全氮余杭徑山茶園土壤全氮含量在0.89～3.37 g/kg 之間，平均值為2.03 g/kg，變異系數(shù)為34.16%，屬于中等變異。從徑山茶園土壤全氮含量分布來看，有34 個樣點的茶園土壤全氮含量達到I 級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的94.44%；2個樣點達到II級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的5.56%，詳見表4 與表5。說明余杭徑山茶園土壤全氮含量較高，基本達到I 級優(yōu)質(zhì)茶園標(biāo)準(zhǔn)。

2.1.4 徑山茶園土壤堿解氮余杭徑山茶園土壤堿解氮含量在52～421 mg/kg 之間，平均值為180 mg/kg，變異系數(shù)為46.21%，屬于中等變異。從堿解氮含量分布來看，有29個樣點的堿解氮含量達到I級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點總數(shù)的80.56%；7 個樣點達到II 級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點總數(shù)的19.44%，詳見表4與表5。說明余杭徑山茶園土壤堿解氮含量較高。

2.1.5 徑山茶園土壤有效磷余杭徑山茶園土壤有效磷含量在0.9～457.6 mg/kg之間，平均值為71.6 mg/kg，變異系數(shù)為129.82%，屬于強變異，說明土壤有效磷含量在各茶園之間空間分布差異很大。從徑山茶園土壤有效磷含量分布來看，有31 個樣點的有效磷含量達到I級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的86.11%；2個樣點達到II級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點茶園總數(shù)的5.56%；3 個樣點達到Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，占總數(shù)的8.33%，詳見表4 與表5。可見余杭徑山茶園土壤有效磷含量普遍較高，但需要特別注意有效磷含量過高易引起土壤鹽化、板結(jié)等問題。

2.1.6 徑山茶園土壤速效鉀余杭徑山茶園土壤速效鉀含量在71～625 mg/kg 之間，平均值為221 mg/kg，變異系數(shù)為51.44%，屬于高變異，說明土壤速效鉀含量在樣點茶園之間差異較大。從徑山茶園土壤速效鉀含量分布來看，有29個樣點的徑山茶園土壤有效磷含量達到I 級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點總數(shù)的80.56%；5 個樣點達到II 級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點總數(shù)的13.89%；2 個樣點達到Ⅲ級標(biāo)準(zhǔn)，占樣點總數(shù)的5.55%，詳見表4與表5?？梢娪嗪疾鑸@土壤速效鉀含量較高，但需要特別注意速效鉀含量過高容易引起的土壤鹽化、板結(jié)等問題。

2.2 徑山茶園土壤肥力綜合評價

2.2.1 單項土壤肥力指標(biāo)的隸屬度與權(quán)重系數(shù)根據(jù)1.5.1 的公式計算各土壤肥力指標(biāo)的隸屬度，如表6。采用SPSSAU 軟件進行主成分分析法計算，選取累計百分率大于75%的前3 個主成分，如表7；確定各肥力指標(biāo)的權(quán)重系數(shù)，如表8。從表8 中可以看出，有機質(zhì)和全氮含量的權(quán)重系數(shù)較高，表明有機質(zhì)、全氮含量利用率較高，對徑山茶園土壤最終肥力貢獻較大；pH 與速效鉀含量權(quán)重系數(shù)較低，表明徑山茶園土壤酸化與鉀元素肥力流失明顯，可見影響徑山茶園土壤肥力的主要因素為有機肥與氮肥的施用。

表6 徑山茶園土壤肥力指標(biāo)的隸屬度

表7 各肥力指標(biāo)主成分分析方差解釋率

表8 各肥力指標(biāo)權(quán)重系數(shù)

2.2.2 徑山茶園土壤肥力綜合評價無論從表4對36個取樣點實測結(jié)果，還是從表9的土壤肥力綜合指數(shù)IFI分析結(jié)果而言，都說明徑山茶產(chǎn)區(qū)土壤肥力條件普遍優(yōu)質(zhì)。先看表9的統(tǒng)計結(jié)果，表明在36個樣點土壤肥力綜合指數(shù)的平均值為0.89，其中有91.7%的茶園土壤綜合肥力達到了I 級優(yōu)質(zhì)（高）標(biāo)準(zhǔn)(IFI≥0.75)；其余8.3%則為II 級良好（較高）標(biāo)準(zhǔn)(0.50≤IFI＜0.75)。再回頭去看表5，全部36 個土樣有機質(zhì)含量的變異區(qū)間在16.3～103 g/kg之間，全在達I級水平范圍內(nèi)(＞15 g/kg)，平均值也高，為39.9 g/kg。其余依次是全氮含量，達I級水平(＞1 g/kg)有34 個，占比占94.44%。有效磷含量達I級水平(＞10 mg/kg)有31個，占比86.11%。堿解氮含量達I 級水平(＞100 mg/kg)有29 個，占比80.56%。速效鉀含量達I級水平(＞120 mg/kg)的也是29個，占比80.56%（圖2）。以上總體說明，徑山茶產(chǎn)區(qū)土壤的N、P、K三要素的供應(yīng)能力都是優(yōu)質(zhì)的，但客觀而言也還存在著較大的，需要進一步提升的空間。

表9 余杭徑山茶園土壤肥力綜合指數(shù)

圖2 徑山茶園土壤肥力綜合指數(shù)樣點分布

3 討論

3.1 徑山茶園土壤肥力情況

3.1.1 徑山茶園土壤pH 茶樹適合種植于偏酸性土壤中，最適宜土壤范圍為pH 4.5～5.5[13]。pH＞6.5 會影響茶樹正常生長，pH＜4.0會破壞土壤理化性質(zhì)，影響礦物質(zhì)成分，過度釋放游離酸因子，降低養(yǎng)分含量，抑制茶樹正常生長等[11]。本研究發(fā)現(xiàn)，余杭各鎮(zhèn)街茶園在pH 3.68～7.53范圍內(nèi)，變異系數(shù)不大，說明各徑山茶園之間差異較小，大部分茶園土壤pH在茶樹適宜生長范圍內(nèi)，但有土壤酸化趨勢，影響茶樹生長。造成茶園土壤酸化的原因有多種，主因可能是過量施用無機氮肥[14-15]；其次是土壤的自然酸化，即徑山茶樹自身物質(zhì)循環(huán)與根系分泌物在土壤中的運動導(dǎo)致了茶園土壤的自然酸化[16]。對于明顯已經(jīng)酸化的茶園土壤，可以通過施用有機肥、偏堿性肥料以及測土配方施肥等方式，平衡茶園土壤養(yǎng)分和防止土壤酸化[17]。

3.1.2 徑山茶園土壤有機質(zhì)土壤有機質(zhì)是影響土壤肥力的重要因素。有機質(zhì)可以優(yōu)化土壤結(jié)構(gòu)，提高土壤的溫度，促進作物的生長發(fā)育，提高土壤的保肥能力和緩沖性能[18]。從表5 的方差分析中可見，土壤OM、TN、AN、AP、AK等5個單項肥力因子所測數(shù)據(jù)的變異系數(shù)都相當(dāng)?shù)卮?，分別達44.88%、34.16%、46.21%、129.82%、51.44%。分析認為，這種離散性的存在是必然的，而且在很大程度上是由土壤有機質(zhì)(OM)含量的高低相差之巨引起的（變異幅度從16.3～103.0 g/kg）。學(xué)界皆知，有機質(zhì)是土壤中各種營養(yǎng)元素特別是N和P的主要來源，并存在著顯著的正相關(guān)，所以這兩個肥力因子的變異系數(shù)當(dāng)然也就大了。至于K，雖然在土壤中是以無機狀態(tài)存在的，但仍與有機質(zhì)含量存在著間接的正相關(guān)，這是因為有機質(zhì)含量高的土壤才能有效減少K的被淋溶，反之則易于流失。所以，表7中的方差解釋率和表8中的權(quán)重系數(shù)也都同樣支持了這種因果關(guān)系的成立。

研究還認為，徑山茶產(chǎn)區(qū)土壤有機質(zhì)含量的高度變異性也是符合產(chǎn)區(qū)實際情況的，是與產(chǎn)區(qū)地貌、氣候、植被等的垂直分布特點相一致的，其中特別是氣溫的垂直分布。眾所周知，土壤有機質(zhì)的動態(tài)平衡與氣溫關(guān)系極大，而山地氣溫是隨著海拔的升高而遞減的，從而就使這個動態(tài)平衡朝著有利于積累的方向移動。1982年余杭縣土壤普查時曾有這樣一對檢測資料：處于低海拔的代表性土種——黃泥土，其表土層有機質(zhì)含量僅2.02%；而處于高海拔的代表性土種-山地香灰土竟高達21.78%，高低竟相差10 倍。當(dāng)然，這里講的是自然土壤，至于開墾成茶園之后，則這種基于自然因素的動態(tài)平衡就被打破了，有的是變得更好了，但也有遭掠奪性經(jīng)營而被破壞的，以致相鄰樣點間也有相差懸殊的情況。

3.1.3 徑山茶園土壤速效養(yǎng)分土壤有效養(yǎng)分能直接體現(xiàn)茶園土壤的供肥能力。N、P、K 等營養(yǎng)元素是茶樹的生長發(fā)育各階段所必需的養(yǎng)分，也是提升茶葉品質(zhì)與產(chǎn)量的保障。氮能提高鮮葉及成茶主要生化成分氨基酸、兒茶素、茶多酚、咖啡堿和碳水化合物等含量[19]；磷能夠提高茶葉中兒茶素、茶多酚、水浸出物和蛋白質(zhì)的含量，影響茶葉香氣和滋味的品質(zhì)[19]；鉀則影響茶葉氨基酸、茶多酚、兒茶素、咖啡堿的含量，能對酶起到活化的作用[19]。本研究發(fā)現(xiàn)，余杭氮磷鉀含量均較高，三者同時達到I 級優(yōu)質(zhì)茶園標(biāo)準(zhǔn)的占80%以上，僅個別茶園需要適當(dāng)增加氮磷鉀肥料的施用，同時需要密切關(guān)注氮磷鉀含量過高引起的土壤鹽化、板結(jié)等問題，原因可能為徑山茶園在新墾開辟時，過量施用氮磷鉀化肥，對此可以考慮優(yōu)化施肥結(jié)構(gòu)，施用土壤調(diào)理劑，套種綠肥[20]等。

3.2 徑山茶園土壤肥力情況與徑山茶管理

土壤肥力綜合評價可以去除主觀因素影響，體現(xiàn)土壤肥力綜合水平。本研究發(fā)現(xiàn)，徑山茶園土壤總體肥力水平高，全都屬于優(yōu)良狀態(tài)，91.7%的徑山茶園屬于I 級優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，這與余杭茶農(nóng)多年來的精心管理離不開關(guān)系。

今后在大力發(fā)展徑山茶園種植的同時，應(yīng)時刻關(guān)注茶園土壤肥力狀況，探索建立監(jiān)測徑山茶園土壤肥力指標(biāo)體系，促進茶園發(fā)展。改善施肥方式，改善土壤養(yǎng)分循環(huán)，保持土壤的結(jié)構(gòu)與肥力，防止土壤鹽化、板結(jié)，提升肥料利用率，實施綠色防控，提高茶葉產(chǎn)量與品質(zhì)，提升徑山茶品牌影響力，深入貫徹落實習(xí)總書記的“兩山理論”，用徑山禪茶一味發(fā)展鄉(xiāng)村產(chǎn)業(yè)新模式，提升農(nóng)戶收入，努力打造共同富裕示范區(qū)。

4 結(jié)論

余杭7 個鎮(zhèn)街36 個徑山茶園為pH 3.68～7.53，土壤有酸化趨勢；茶園土壤有機質(zhì)、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量整體豐富，平均值均達到I 級優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，各個肥力指標(biāo)存在一定的空間差異；91.7%的徑山茶園土壤肥力綜合指數(shù)IFI達到I級優(yōu)質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)，8.3%達到II 級標(biāo)準(zhǔn)，余杭徑山茶園土壤十分適宜種植徑山茶樹。