陳清華　羅鴻　胡雙玲　張強　向俊　崔清梅　何遠軍　周洋　馬會杰

摘要：為掌握恩施市茶園土壤肥力的水平，明確茶園土壤養(yǎng)分豐缺狀況和土壤肥力質量情況，以恩施市4個主要產茶鄉(xiāng)鎮(zhèn)的31個具有代表性行政村的茶園為調查對象，采集0～20 cm的土壤測定pH值、有機質含量、全氮含量、大量元素（磷與鉀）有效態(tài)含量、中量元素（鈣、鎂、硫）有效態(tài)含量、微量元素（鐵、錳、銅、鋅）有效態(tài)含量共12項指標，基于主成分分析法，定量評價恩施市茶園土壤肥力質量。恩施市茶園土壤全氮含量和微量元素有效鐵含量充足，全部達到Ⅰ級茶園要求，分別為1.39～2.73 g/kg、135.05～514.00 mg/kg；但pH值和有機質含量處于Ⅱ級茶園土壤水平的占比較大，pH值為3.78～5.79，有機質含量為10.13～27.56 g/kg；中量元素鎂含量與微量元素錳、銅的含量適宜，但大量元素鉀和中量元素硫的有效態(tài)含量偏低，分別為51.06、7.62 mg/kg。恩施市茶園土壤綜合肥力指標（IFI）在0.273～0.713之間，平均值為0.444，有74.19%分布在中等水平（0.25≤IFI<0.50），IFI與pH值、全氮含量、有機質含量以及有效態(tài)鈣、鉀、鎂、鋅的含量共7項指標呈極顯著正相關性（P<0.01），與有效態(tài)錳、磷的含量共2項指標呈顯著正相關性（P<0.05）。因此，恩施市茶園0～20 cm 土層的土壤肥力質量為中等水平，在茶園管理中應注意改善pH值，加大有機肥的施入，合理增施硫鉀肥，適當補充鎂、銅、錳肥。

關鍵詞：茶園；土壤肥力；主成分分析；綜合評價；養(yǎng)分豐缺診斷

中圖分類號：S571.106文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2024）09-0271-07

土壤養(yǎng)分是植物生長發(fā)育的物質基礎［1］，是土壤肥力的重要組成部分。茶葉是以葉為輸出產品，對養(yǎng)分的需求高［2］，因此土壤養(yǎng)分含量的高低直接影響茶園的產量、品質，以及茶企或茶農的收益。據統(tǒng)計，2021年我國茶園面積達到了326.41萬hm2，較上年增加了3.31%［3］。諸多學者對我國四大茶區(qū)的土壤肥力進行了多年的調查與評價，將茶園土壤肥力分為3級的標準［4］，明確了各個指標的豐缺范圍［5］。劉娟等調查了勐海縣茶園土壤養(yǎng)分狀況，發(fā)現該縣大部分茶園的土壤肥力達到了Ⅰ級和Ⅱ級標準［6］。陳迪文等調查了紫金縣茶園土壤養(yǎng)分，指出該縣茶園土壤養(yǎng)分整體上處于中等偏上水平，但空間分布不均勻，且差異較大［7］。萬人源等分析了昌寧縣茶園土壤養(yǎng)分情況，結果顯示，pH值、有機質都達到了Ⅰ級土壤水平，且土壤氮含量豐富，全鉀、全磷的含量處于中上水平，但速效鉀含量偏低［8］。王霆等對東陽市的土壤養(yǎng)分狀況進行調查和分析，發(fā)現同一土壤類型的養(yǎng)分含量與海拔高度無關［9］。吳志丹等調查了安溪縣的不同土層的氮素情況，結果表明，耕作層的氮素含量處于中上水平，犁底層則處于中下水平［10］。通過對茶園土壤養(yǎng)分的調查針對性地提出了茶園施肥建議和措施，并對各個養(yǎng)分指標采取主成分分析法［11］、聚類分析法［12］、地統(tǒng)計學法［13］、模糊數學分析法［14］、指數和法［15］，對該地區(qū)茶園土壤進行評價，為茶農、茶企、市場主體乃至主管部門提出合理的施肥方案。恩施市位于湖北省西南部、武陵山北部、清江中下游，是恩施玉露的發(fā)源地。屬于中亞熱帶季風型山地濕潤氣候，且氣候隨著地形的垂直變化而變化，雨水充沛，氣候適應，非常適宜種植茶。近來年，茶產業(yè)逐步發(fā)展成恩施市主要的地方經濟支柱產業(yè)，2021年全市種植茶園面積2.58萬hm2，產值26.2億元，但是對該市的土壤養(yǎng)分調查和土壤肥力評價較少。本研究對該市4個主產鄉(xiāng)鎮(zhèn)的31個茶園進行土壤樣本的養(yǎng)分狀況測定與分析，應用主成分分析法評價土壤肥力綜合指標值（IFI），從而實現對土壤肥力質量的定量評價，全面了解恩施市茶園土壤養(yǎng)分特征和土壤肥力質量，為茶產業(yè)種植端高質量發(fā)展提供科學的理論依據。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

2021年10月，在進入茶園冬管之前，分別在恩施市芭蕉鄉(xiāng)、白果鄉(xiāng)、屯堡鎮(zhèn)、白楊坪鎮(zhèn)4個主產鄉(xiāng)鎮(zhèn)31個茶園樣地，按“S”形5～8個點取0～20 cm的土壤混合樣，每個樣點在行中間位置、偏中位置和靠茶行5 cm處共取3個土鉆。樣品充分混合后，剔除各種雜物后采用四分法反復取舍，保留1 kg 左右?guī)Щ貙嶒炇摇Ｖ糜谕L處自然風干，同時取50 g樣品過0.1 mm篩網，分別用于土壤pH值和有機質、全氮、各類有效態(tài)養(yǎng)分含量的測定。

1.2 樣品檢測方法

所采土樣均在中國農業(yè)科學院茶葉研究所檢測中心分析，其中土壤pH值采用電位法測定；全氮含量和土壤有機質含量采用Vario Max CN分析儀測定；土壤中有效養(yǎng)分含量用Mehlich-3聯(lián)合浸提劑提取，按照土 ∶液為1 g ∶10 mL混合，180 r/min振蕩30 min，濾液過0.45 μm濾膜，最后用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜（ICP-AES；Thermo Jarrell Ash Ltd.，USA）測定。

1.3 茶園土壤養(yǎng)分分級標準及依據

結合NY/T 391—2021《綠色食品 產地環(huán)境質量》、NY/T 853—2004《茶葉產地環(huán)境技術條件》、全國第二次土壤普查3項內容整理了茶園土壤養(yǎng)分評價標準（表1），然后對本研究各茶園土樣進行養(yǎng)分豐缺性評價。

1.4 土壤肥力質量評價方法

本研究選取pH值、全氮含量、有機質含量、大量元素（磷、鉀）有效態(tài)的含量、中量元素（鈣、鎂、硫）有效態(tài)的含量、微量元素（鐵、錳、銅、鋅）有效態(tài)的含量共12項土壤養(yǎng)分指標采用主成分分析法評價土壤肥力質量。

1.4.1 隸屬度函數

本研究指標中土壤有機質、有效磷、有效鉀、有效鋅、全氮等營養(yǎng)指標的含量符合“S”形隸屬度函數的特征。恩施茶區(qū)地土壤為酸性土，pH值在7.0以下，因此同樣適用該函數［16］。計算過程為

式（1）、式（2）中：x為測定的土壤指標觀測值；xa、xb、xc、xd為函數轉折點取值。結合恩施茶區(qū)土壤特性以及相關資料［5］，轉折點取值見表2。

1.4.2 茶園土壤肥力單項指標權重及土壤肥力綜合指標IFI值計算

對恩施茶區(qū)土壤12項評價指標的標準化數據進行檢驗，然后應用主成分分析法計算出各項土壤指標的公因子方差，以及各個公因子方差占公因子方差總和的比例，將其作為評價指標的權重ai。因此，土壤肥力綜合指標的計算公式［17］為

式中：ai為第i個土壤肥力指標的權重系數；n為指標數量；F（i）為土壤指標的隸屬度值。

1.5 數據分析

所有數據采用軟件SPSS 19.0和Excel 2016進行數據分析。

2 結果與分析

2.1 土壤pH值及有機質含量情況

恩施市茶園0～20 cm土層的土壤pH值顯示，茶園土壤偏酸性（表3），土壤平均pH值為4.45±0.43，其變化范圍為3.78～5.79，變異系數為9.60%，表明茶園整體pH值變化不大，整體偏酸，在Ⅱ級茶園要求范圍內占比最大，為61.29%，尤其是4.0～4.5之間的分布最多。

0～20 cm土層土壤有機質含量為10.13～27.56 g/kg，平均值為（17.82±4.60） g/kg，變異系數為25.81%，表示不同茶園有機質含量變化差異小，整體含量較低。大部分土壤樣本符合Ⅱ級茶園要求，占比45.16%，符合Ⅰ級茶園土壤要求的只有25.81%，剩余29.03%的茶園有機質含量低。

2.2 土壤氮、磷、鉀含量情況

茶園土壤0～20 cm土層全氮含量為1.39～2.73 g/kg（表3），平均值為（2.02±0.03） g/kg，變異系數為16.84%，100%的茶園全氮含量符合Ⅰ級茶園的要求，表示恩施市茶園氮含量充足。

茶園土壤0～20 cm土層有效磷含量范圍為5.46～399.65 mg/kg，平均值為（100.50±99.52） mg/kg，變異系數為 98.55%，變異系數大，表明不同茶園之間土壤有效磷含量差異較大。其中，有93.55%的茶園有效磷含量符合Ⅰ級茶園要求，而僅有6.45%的茶園在Ⅱ級茶園要求范圍內。說明恩施市絕大部分茶園土壤有效磷含量高，而且豐富，不存在土壤缺磷現象。

茶園土壤0～20 cm土層有效鉀含量為6.87～186.15 mg/kg，平均含量為（51.06±42.11） mg/kg，變異系數大，只有9.68%符合Ⅰ級茶園要求，符合Ⅱ級茶園要求的僅只有6.45%，83.87%的茶園土壤有效鉀在Ⅲ級茶園要求，說明恩施市的茶園土壤有效鉀含量嚴重偏低。

2.3 土壤鈣、鎂、硫含量情況

本次調查中茶園土壤0～20 cm土層有效鈣整體含量水平較高，變化范圍為34.33～1445.5 mg/kg，平均值為（266.09±341.42） mg/kg，變異系數為118.16%，表明土壤有效鈣含量差異較大，而且其中87.10%的茶園符合Ⅰ級茶園要求，剩余12.09%的茶園都符合Ⅱ級茶園要求，表明絕大部分茶園土壤有效鈣滿足茶樹生長。

茶園土壤0～20 cm土層有效鎂含量平均值為（39.51±52.11） mg/kg，變化范圍為9.82～288.30 mg/kg，變異系數為131.90%，變異強。表示有效鎂在恩施市茶區(qū)土壤空間上分布不是很均勻，其中僅有22.58%的茶園符合Ⅰ級茶園要求，Ⅱ級和Ⅲ級茶園占比均為38.71%，恩施市的茶園需要補充鎂肥才能滿足茶樹正常生長。

茶園土壤0～20 cm土層有效硫含量整體偏低，變化范圍為3.54～14.66 mg/kg，平均值為（7.62±2.90） mg/kg，變異系數在50%以內，表明恩施市不同茶園土壤之間有效硫含量相差不大，茶園土壤有效硫含量都在Ⅲ級茶園范圍內，要及時大量補充硫肥。

2.4 土壤鐵、錳、銅、鋅含量情況

茶園土壤0～20 cm土層有效鐵含量極為豐富，本次調查的所有樣本有效鐵含量均達到Ⅰ級茶園土壤水平，平均值達到（330.05±112.30） mg/kg，變化范圍為135.05～514.00 mg/kg，且變異系數較小。茶園土壤0～20 cm土層有效態(tài)錳含量變化范圍為4.35～174.00 mg/kg，平均值為（47.07±45.67） mg/kg，變異系數為 97.08%，表明有效錳空間分布不均，各茶區(qū)差異較大，但有51.61%的茶園有效態(tài)錳含量達到了Ⅰ級茶園要求，35.48%的茶園樣本在Ⅲ級茶園要求范圍內。茶園土壤0～20 cm土層有效銅含量變化范圍為 0.34～5.80 mg/kg，平均值為（1.97±1.37） mg/kg，變異系數為69.39%，空間分布不均，有45.16%的茶園在符合Ⅰ級茶園要求的范圍內，但還有32.26%的茶園在Ⅲ級茶園范圍內，不能滿足茶樹生長對銅的需求；0～20 cm土層有效態(tài)鋅含量變化范圍為1.62～11.23 mg/kg，平均值為（3.16±1.73） mg/kg，變異系數為54.69%，

也表明分布不均，但有87.10%的土壤樣本在Ⅰ級茶園以上水平，Ⅱ級茶園的土壤樣本占比只有12.90%，這也說明有效態(tài)鋅的含量是能滿足茶園生長發(fā)育所需的。

2.5 土壤肥力單項指標評價

茶園土壤0～20 cm土壤肥力單項指標情況用雷達圖（圖1）顯示，單一項指標肥力水平越高，離原點越遠［18］。 本次調查所有樣本中，有機質含量隸屬度函數值離原點最遠，值最大，為0.711，肥力水平最高；其次是pH值，隸屬度函數值為0.673，中量元素有效鎂含量離原點最近，隸屬度函數值最小（0.226），肥力水平最低。

2.6 土壤肥力綜合評價

土壤主成分分析常用于肥力質量的綜合評價［19］，是由于主成分分析法能夠較好地處理變量間的多重相關性，抽取主成分，并賦予不同主成分不同的得分。本研究對所測定的12個土壤肥力指標的KMO檢驗結果為0.534，Bartlett球形檢驗的顯著性系數0.00，說明本次所有樣本數據適合進行主成分分析。前5個成分特征值均大于1，方差貢獻率分別為34.950%、22.197%、13.937%、9.445%、8.563%，累計貢獻率達89.091%（表4），完全可以代表原始數據所要表達的信息。因此，用這5個主成分作為綜合變量來評價此次土壤肥力狀況。第1主成分含有pH值、有效鉀含量、有效鈣含量、有效鎂含量、有效錳含量這5項指標的系數明顯大于其他7項指標，主要表達的是這5項指標含量狀況；第2主成分有機質含量、全氮含量的系數較大；第3主成分是有效銅含量、有效鋅含量；第4主成分是有效鐵含量；第5主成分是有效磷含量（表5）。

恩施市茶園耕作層IFI在0.273～0.713之間，平均值為0.444，土壤樣本的IFI值有74.19%分布在中等水平（0.25≤IFI<0.5）［8］（圖2），只有25.81%分布在較高水平（0.5≤IFI<0.75），高水平（IFI≥0.75）和低水平（IFI<0.25）均沒有分布，說明恩施市茶園土壤肥力主要處于中等水平，沒有肥力特別高的茶園，也沒有特別低的茶園。不同土壤樣本之間IFI變異系數為25.07%，表明恩施市茶園總體土壤肥力質量差異為中等，差異不是很大，都需要施入外源肥料或者改良土壤結構，提升土肥肥力。

把IFI值與各養(yǎng)分指標間進行相關性分析（表6），IFI與pH值、全氮含量、有機質含量以及大量元素鉀有效態(tài)含量、中量元素（鈣、鎂）有效態(tài)含量和微量元素有效鋅含量這7項指標呈極顯著正相關性（P<0.01），與大量元素有效磷含量和微量元素有效錳含量這2項指標呈顯著正相關性（P<0.05），但與中量元素有效硫含量和微量元素（銅、鐵）有效態(tài)含量這3項指標則沒有顯著相關性。表明pH值、全氮含量、有機質含量以及大量元素有效鉀含量、中量元素（鈣、鎂）有效態(tài)含量和微量元素有效鋅含量這7項指標的任意波動都對土壤肥力質量影響極大；大量元素有效磷含量和微量元素有效錳含量這2項指標也對土壤肥力質量影響較大；而中量元素有效硫含量和微量元素（銅、鐵）有效態(tài)含量這3項指標的波動對土壤肥力質量影響較小。

3 討論

3.1 茶園土壤pH值與有機質

土壤pH值指土壤的酸堿度，能調節(jié)土壤養(yǎng)分中各個營養(yǎng)元素的有效性，pH值不同，土壤的供肥能力也不一樣［20］。本調查研究中，土壤耕作層pH值與土壤肥力質量呈極顯著相關性，而茶樹又適宜在酸性土壤中生長，最適pH值是4.5～5.5［21］。但是根據本次調查，恩施市茶園土壤pH值在最適于茶樹生長范圍內的較少，只有32.25%，大部分茶園土壤pH值在4.0～4.5之間，大于6.5的土壤樣本沒有，小于4.0的土壤樣本只有2個，而且變異系數低，充分說明恩施市絕大部分茶園耕作層土壤pH值處于Ⅱ級茶園要求范圍內，茶園土壤酸化情況較好。因此，在pH值上，恩施市茶園土壤還有很大管控空間。在土壤肥力單項指標中，pH值也排位第二，說明茶園土壤pH值如果上升到Ⅰ級茶園要求，可以有效提高恩施市茶園土壤肥力。

土壤有機質是陸地最大的碳庫，是保障土壤健康和糧食安全的基礎資源［22］。因此，土壤有機質含量的高低與土壤肥力相關性高。本研究結果也顯示，恩施市茶園耕作層土壤有機質含量與土壤肥力呈極顯著正相關性，在單項土肥肥力指標評價上排位第一，土壤肥力權重指標上也是排位第一，但是恩施市茶園耕作層土壤有機質含量在Ⅰ級茶園要求范圍內的占比并不是很高，而是在Ⅱ級茶園要求范圍內稍多點，其次是符合Ⅲ級茶園要求的，說明恩施市茶園整體土壤有機質含量并不是很高。一是可能茶園土壤pH值在4.0～4.5范圍內，影響了土壤有機質礦化，改變碳周轉過程，減緩有機質分解速率［23］；二是可能外源有機肥施入量少；三是茶園種植年限較長，耕作方式大多單一連作，導致土壤板結，微生物多樣性差，有機質含量低。

3.2 茶園土壤大量元素

氮、磷、鉀作為土壤中的大量元素，也是植物生長發(fā)育的重要生命元素［24］。本次調查研究中，恩施市茶園耕作層土壤全氮含量高，全部在Ⅰ級茶園要求范圍內，而且變異系數較低，同樣表示恩施市茶園土壤含氮量整體較高，全氮是作為氮的一個庫，庫充足，供給茶樹生長發(fā)育也就充足。有效態(tài)磷含量有93.55%的樣本是符合 Ⅰ 級茶園要求的，但是其變異系數大，反映了恩施市茶園土壤有效態(tài)磷含量高，但是空間分布不均勻。有效態(tài)鉀含量偏低，83.87%的樣本處于 Ⅲ 級茶園要求范圍內，而鉀是大量元素，也是必需元素，因此恩施市的茶園要適量補充鉀肥。

3.3 茶園土壤中量元素和微量元素

鈣、鎂、硫作為土壤養(yǎng)分中的中量元素，是影響茶樹生長、茶葉品質的重要礦質元素，鈣元素可以促進細胞的伸長和根系的生長，而鎂元素是葉綠素的重要組成部分［25-26］，硫元素則參與了氨基酸、蛋白質的合成［27］，因此中量元素對茶樹生長發(fā)育也至關重要。本研究調查結果顯示，恩施市茶園耕作層土壤嚴重缺硫，有效硫平均含量只有7.62 mg/kg，含量較低，所有樣本土壤都處在Ⅲ級茶園要求范圍內。微量元素中有效態(tài)的鈣含量較高，絕大部分茶園土壤含鈣豐富，有效態(tài)鎂在Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ級茶園分布平均，但是變異系數大，屬于超強變異，分布嚴重不均。因此，恩施市茶園土壤要補充鎂肥和硫肥。

恩施市茶園耕作層土壤微量元素含量較好，大部分茶園都符合Ⅰ級茶園要求，尤其是有效態(tài)鐵含量較高，平均含量達到了330 mg/kg，遠遠超過了Ⅰ級茶園4.5 mg/kg的要求，因此恩施市茶園是不需要補充鐵元素的。而錳、銅、鋅肥則可根據茶園長勢因地而異適量補充。

3.4 茶園土壤肥力綜合指標值

土壤肥力是土壤各項指標值的綜合表現［28］，本研究主要以茶園的化學指標為主，采用主成分分析法對恩施市茶園土壤12項指標提取了5個主成分，其方差累計貢獻率達到了89.091%，說明利用主成分分析來衡量恩施市茶園土壤肥力是可靠的。通過主成分分析明確了每一項指標的權重值，計算出恩施市茶園土壤肥力IFI值為0.273～0.713，大部分茶園土壤肥力處于中等水平。根據分析，pH值、有機質含量、有效鈣含量、有效鉀含量、有效鎂含量、有效鋅含量、全氮含量與IFI呈極顯著正相關關系，而pH值、有機質含量在單項指標評價和權重指標值上都排位靠前，恩施市的pH值、有機質含量也處于中等水平，因此與土壤肥力IFI值也相吻合。

4 結論

根據本次調查分析，恩施市茶園土壤0～20 cm土層全氮含量和微量元素有效鐵含量充足，全部達到Ⅰ級茶園要求，分別為1.39～2.73 g/kg、135.05～

514.00 mg/kg；大量元素有效磷、中量元素有效鈣、微量元素有效鋅的含量豐富，分別有93.55%、87.10%、87.10%的茶園達到了Ⅰ級茶園要求，但pH值和有機質含量處于Ⅱ級茶園土壤水平的占比較大，pH值為3.78～5.79，有機質含量為10.13～27.56 g/kg；

中量元素有效鎂含量與微量元素有效錳、有效銅的含量適宜，而大量元素有效鉀含量只有51.06 mg/kg，

中量元素有效硫含量只有 7.62 mg/kg，均偏低。恩施市茶園土壤IFI在0.273～0.713之間，平均值為0.444，有74.19%分布在中等水平（0.25≤IFI<0.50），與pH值、全氮含量、有機質含量以及大量元素有效鉀含量、中量元素（鈣、鎂）有效態(tài)的含量和微量元素有效鋅含量這7項指標呈極顯著正相關關系，與大量元素有效磷含量和微量元素有效錳含量這2項指標呈顯著正相關關系。其中，有機質含量、pH值、有效鉀含量是影響土壤肥力的限制性因子，故恩施市茶園土壤0～20 cm土層肥力整體處于中等水平。建議恩施市茶園土壤可以通過改善pH值，加大有機肥施入，合理增施硫、鉀肥，適當補充微量元素鎂、銅、錳肥，以整體提高茶園土壤肥力。

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收稿日期：2023-07-04

基金項目：國家現代農業(yè)產業(yè)技術體系建設專項（編號：CARS-19）。

作者簡介：陳清華（1987—），女，湖北建始人，碩士，助理研究員，從事茶樹栽培與茶園土壤環(huán)境質量研究。E-mail：364546602@qq.com。

通信作者：張 強，高級農藝師，主要從事茶樹栽培研究。E-mail：289367900@qq.com。