杭州余杭徑山茶園土壤養分狀況及肥力質量評價

龐英華，顧萬帆，金鑫，張舟娜，金雅慧，鄭洪福

（1杭州市余杭區農民素質教育服務總站，杭州 311115；2杭州市余杭區農業生態與植物保護服務站，杭州 311121；3杭州市余杭區農產品質量安全檢驗檢測站，杭州 311115）

0 引言

余杭徑山乃“茶圣著經之地，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，年產量近9000 t，產值9 億余元。經過調研發現，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，導致經濟效益下滑，嚴重可能危害徑山茶可持續發展。對余杭徑山茶園土壤調查局限在某一養分是否豐缺，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分狀況及肥力質量評價的研究具有非常重要的意義?，F階段土壤養分及肥力質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]、模糊數學分析法[3]、層次分析法[4]、BP人工神經網絡法[5]等為主；目前，主成分分析法在土壤質量評價中得到廣泛的應用，一般認為其可以弱化變量之間的自相關性所造成的誤差，獲得互不相關的主成分得分，并通過計算得到綜合評價得分，精確評價土壤養分質量，以及可精確篩選土壤屬性的變異性[6]；模糊數學法自Zadeh 提出以來，發現其在土壤環境質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徑山茶園土壤養分狀況的分析，利用模糊數學隸屬度函數模型對主成分分析結果的運用[12]，對余杭徑山茶園土壤養分狀況進行質量評價，從總體上掌握徑山茶園土壤肥力情況，以期為指導徑山茶園土壤合理管護、提高茶葉品質與產量，提供重要的數據支撐與科學依據。

1 材料與方法

1.1 研究區概況

余杭區，隸屬于浙江省杭州市，地理坐標為東經119°40′—120°23′，北緯30°09′—30°34′，總面積940 km2，下轄7 個街道，5 個鎮。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，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，地勢又略轉高亢，海拔為5～7 m。余杭區土壤共分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氣候區，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。

1.2 土壤樣品采集

土壤樣品采集自余杭區徑山茶園主要所在地7個鎮街，既徑山鎮、中泰街道、余杭街道、瓶窯鎮、黃湖鎮、鸕鳥鎮、百丈鎮，共36 個土壤采樣點，詳見圖1。土壤樣品采集方法按照《土壤農化分析》要求，即在同一采樣區域根據“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，將每個采樣區域內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、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《中華人民共和國農業行業標準》土壤檢測第2 部分(NY/T1121.2—2006)，采用電極法進行測定；土壤有機質含量測定參照《中華人民共和國農業行業標準》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準》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行業標準》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《中華人民共和國農業行業標準》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 土壤養分評價標準

余杭徑山茶園土壤養分狀況質量評價標準參照《中華人民共和國農業行業標準》中《茶葉產地環境技術條件》(NY/T853—2004)的茶園土壤肥力分級標準和國家綠色食品產地環境質量標準(NY/T391—2013)，將茶園土壤養分分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ3 個等級，茶園土壤養分含量分級標準如表1。

表1 茶園土壤養分分級標準

1.5 土壤肥力綜合指數計算

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

拋物線型隸屬函數：

S型隸屬函數：

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

表2 各肥力指標的隸屬度函數曲線轉折點的取值

1.5.2 土壤單項肥力指標權重系數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重系數[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系數的平均值，Σr均表示全部的因子相關系數平均值和。

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

式中，n為評價指標數量，Bi和Ai分別為第i個評價指標的權重系數和隸屬值。將土壤肥力綜合指數IFI進行等級劃分，如表3。

表3 徑山茶園土壤肥力綜合指數劃分區間

1.6 數據分析

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

2 結果與分析

2.1 徑山茶園土壤養分狀況

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 級標準，占樣點茶園總數的27.78%；19 個樣點達到II 級標準，占樣點茶園總數的52.78%；7個樣點達到Ⅲ級標準，占樣點茶園總數的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 徑山茶產區茶園土壤肥力狀況實測數據及分級

表5 余杭徑山茶園土壤養分指標數據

2.1.2 徑山茶園土壤有機質余杭徑山茶園土壤有機質含量在16.3～103 g/kg之間，平均值為39.9 g/kg，變異系數為44.88%，屬于中等變異。從有機質含量分布來看，36個樣點的有機質含量全部達到I級標準，占比達100.00%，詳見表4 與表5?？梢娪嗪紡缴讲鑸@土壤有機質含量十分豐富。

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 級標準，占樣點茶園總數的94.44%；2個樣點達到II級標準，占樣點茶園總數的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 級優質茶園標準。

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級標準，占樣點總數的80.56%；7 個樣點達到II 級標準，占樣點總數的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級標準，占樣點茶園總數的86.11%；2個樣點達到II級標準，占樣點茶園總數的5.56%；3 個樣點達到Ⅲ級標準，占總數的8.33%，詳見表4 與表5?？梢娪嗪紡缴讲鑸@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 級標準，占樣點總數的80.56%；5 個樣點達到II 級標準，占樣點總數的13.89%；2 個樣點達到Ⅲ級標準，占樣點總數的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 單項土壤肥力指標的隸屬度與權重系數根據1.5.1 的公式計算各土壤肥力指標的隸屬度，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；確定各肥力指標的權重系數，如表8。從表8 中可以看出，有機質和全氮含量的權重系數較高，表明有機質、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 與速效鉀含量權重系數較低，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的隸屬度

表7 各肥力指標主成分分析方差解釋率

表8 各肥力指標權重系數

2.2.2 徑山茶園土壤肥力綜合評價無論從表4對36個取樣點實測結果，還是從表9的土壤肥力綜合指數IFI分析結果而言，都說明徑山茶產區土壤肥力條件普遍優質。先看表9的統計結果，表明在36個樣點土壤肥力綜合指數的平均值為0.89，其中有91.7%的茶園土壤綜合肥力達到了I 級優質（高）標準(IFI≥0.75)；其余8.3%則為II 級良好（較高）標準(0.50≤IFI＜0.75)。再回頭去看表5，全部36 個土樣有機質含量的變異區間在16.3～103 g/kg之間，全在達I級水平范圍內(＞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，徑山茶產區土壤的N、P、K三要素的供應能力都是優質的，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

圖2 徑山茶園土壤肥力綜合指數樣點分布

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，影響礦物質成分，過度釋放游離酸因子，降低養分含量，抑制茶樹正常生長等[11]。本研究發現，余杭各鎮街茶園在pH 3.68～7.53范圍內，變異系數不大，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，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循環與根系分泌物在土壤中的運動導致了茶園土壤的自然酸化[16]。對于明顯已經酸化的茶園土壤，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，平衡茶園土壤養分和防止土壤酸化[17]。

3.1.2 徑山茶園土壤有機質土壤有機質是影響土壤肥力的重要因素。有機質可以優化土壤結構，提高土壤的溫度，促進作物的生長發育，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據的變異系數都相當地大，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(OM)含量的高低相差之巨引起的（變異幅度從16.3～103.0 g/kg）。學界皆知，有機質是土壤中各種營養元素特別是N和P的主要來源，并存在著顯著的正相關，所以這兩個肥力因子的變異系數當然也就大了。至于K，雖然在土壤中是以無機狀態存在的，但仍與有機質含量存在著間接的正相關，這是因為有機質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中的權重系數也都同樣支持了這種因果關系的成立。

研究還認為，徑山茶產區土壤有機質含量的高度變異性也是符合產區實際情況的，是與產區地貌、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，土壤有機質的動態平衡與氣溫關系極大，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平衡就被打破了，有的是變得更好了，但也有遭掠奪性經營而被破壞的，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分土壤有效養分能直接體現茶園土壤的供肥能力。N、P、K 等營養元素是茶樹的生長發育各階段所必需的養分，也是提升茶葉品質與產量的保障。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、水浸出物和蛋白質的含量，影響茶葉香氣和滋味的品質[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]。本研究發現，余杭氮磷鉀含量均較高，三者同時達到I 級優質茶園標準的占80%以上，僅個別茶園需要適當增加氮磷鉀肥料的施用，同時需要密切關注氮磷鉀含量過高引起的土壤鹽化、板結等問題，原因可能為徑山茶園在新墾開辟時，過量施用氮磷鉀化肥，對此可以考慮優化施肥結構，施用土壤調理劑，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，體現土壤肥力綜合水平。本研究發現，徑山茶園土壤總體肥力水平高，全都屬于優良狀態，91.7%的徑山茶園屬于I 級優質標準，這與余杭茶農多年來的精心管理離不開關系。

今后在大力發展徑山茶園種植的同時，應時刻關注茶園土壤肥力狀況，探索建立監測徑山茶園土壤肥力指標體系，促進茶園發展。改善施肥方式，改善土壤養分循環，保持土壤的結構與肥力，防止土壤鹽化、板結，提升肥料利用率，實施綠色防控，提高茶葉產量與品質，提升徑山茶品牌影響力，深入貫徹落實習總書記的“兩山理論”，用徑山禪茶一味發展鄉村產業新模式，提升農戶收入，努力打造共同富裕示范區。

4 結論

余杭7 個鎮街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、全氮、堿解氮、有效磷、速效鉀含量整體豐富，平均值均達到I 級優質標準，各個肥力指標存在一定的空間差異；91.7%的徑山茶園土壤肥力綜合指數IFI達到I級優質標準，8.3%達到II 級標準，余杭徑山茶園土壤十分適宜種植徑山茶樹。