印江县茶树种植区与非种植区耕地土壤养分分布特征

李永刚，石 睿，饶红娟，张 翼，王文杰，洪万华

(1.贵州省地质矿产勘查开发局 一O一地质大队，贵州 凯里 556004；2.贵州省地质矿产勘查开发局 一O三地质大队，贵州 铜仁 554300)

0 引言

【研究意义】农作物对地质环境具有选择性，而为其提供生长场所的岩石和土壤扮演关键角色[1]，土壤的pH和养分元素等含量在很大程度上影响茶叶品质[2-5]。依据农业农村部无公害茶园土壤环境质量标准和《贵州省种植业区划》，将种植茶树土壤pH 4.5～5.5的区域划分为非常适宜地，pH 5.5～6.5的区域为适宜地，pH 4.0～4.5的区域为比较适宜地，pH>6.5或pH<4.0的区域为不适宜地[6]。土壤的酸碱度通过影响矿质盐分溶解度而影响其养分有效性，当pH小于4.50或大于6.50时，茶树对氮、磷、钾等的吸收能力显著降低[7]，进而影响茶叶的产质量[8]。贵州茶区土壤偏酸，普遍存在缺磷和缺钾现象[9-10]。水土流失导致有机质降低，茶树根系为了适应土壤缺磷环境分泌有机酸，茶树凋落物、修剪枝叶等自身物质循环以及长期大量偏施尿素和生理酸性肥料等是造成土壤酸化的重要原因[11-14]。因此，探究印江县茶树种植区与非种植区耕地土壤养分分布特征，分析其耕地土壤pH和主要养分差异，对该区域土地资源的合理利用及茶树种植的科学布局具有重要意义[6-7]。【前人研究进展】针对贵州茶园土壤pH和养分的研究已有报道。张小琴等[4]研究表明，茶园土壤pH和养分是决定茶树生长优劣的关键因素；DEBNATH等[15]发现，适量施氮能增加茶叶产量，改善茶叶品质；范宝磊等[16]认为，梵净山北西、印江一带的环境条件适宜开发生产无公害茶和有机茶，属于优质茶区和富硒优质茶区；陈玲等[17]对贵州铜仁茶区土壤主要养分调查发现，茶区大部分茶园土壤有酸化趋势，甚至已经酸化，严重缺磷，部分茶区缺钾。针对贵州省耕地质量地球化学特征，前人展开了大量研究，杨娟等[18-19]认为，有机质中腐殖质对土壤团粒结构的维持和形成有重要作用，增加有机质能促使腐殖质产生有机胶体；任明强等[20]介绍了贵州1︰50 000耕地质量地球化学调查评价方法技术；马义波等[21]研究了贵州成土母岩类型及其与耕地土壤的关系；李龙波等[22]开展了贵州喀斯特地区典型土壤碳酸盐垂直分布特征及其同位素组成的研究；蔡大为等[23]研究表明，贵州省耕地土壤有机质、N和P的背景值较高，K的背景值略低，耕地土壤偏酸性。【研究切入点】梵净山北西、印江一带生态环境和地质背景均具有大面积种植茶叶的基础，但该区域耕地坡度较大，撂荒程度高，种植结构急需改善。目前，鲜见有关贵州印江茶树种植区与非种植区耕地土壤养分特征的研究报道。【拟解决的关键问题】探究印江县茶树种植区与非种植区耕地土壤养分的分布特征，以期为该区域土地资源的合理利用及茶树种植的科学布局提供参考。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

印江县位于108°17′52″～108°48′18″E、27°35′19″～28°20′32″N，地处武陵主峰梵净山西麓，位于贵州省东北部，云贵高原向湘西丘陵和四川盆地过渡的大斜坡地带。辖区国土总面积196 900 hm2，海拔高差377～2 493 m，立体小气候明显，属典型的山区农业县，素有“八山一水一分田”之说。

1.2 样品采集与分析

1.2.1 土壤样品采集 印江县耕地调查面积为53 915 hm2，在确保采样点的代表性、均匀性、控制性和合理性基础上，结合1︰50 000地形图定点，使用手持GPS连续采集耕地表层土壤(0～20 cm)，由4～6个子样等量混合组成1个样品，每个土样至少留取600 g，取300 g作副样，共采集土壤样品5 410个(101个重复样)，平均采样密度9.85点/km2。

1.2.2 土壤样品分析 将土壤样品去除杂质，野外风干过2 mm尼龙筛，包装编号后送实验室分析测试，土壤样品测试分析由湖北省地矿中心实验室完成。采用电位法(ISE)测定pH，用X射线荧光光谱法(XRF)测定全钾(TK)和全磷(TP)，用容量法(VOL)测定全氮(TN)、碱解氮(AN)和有机质(OM)，用电感耦合等离子体原子发射光谱法(ICP-OES)测定速效钾(AK)和有效磷(AP)。

1.3 耕地分区方法

将印江县耕地图斑按照茶树种植区、茶树种植示范区、耕作程度较弱区和耕作程度较强区进行分区，划分为茶树种植区、茶叶示范园区、耕地撂荒区和平坝区。

1.4 土壤养分与pH分级标准

参照《土地质量地球化学评价规范》(DZ/T 0295—2016)的土壤养分分级标准(表1)，将OM、AN、AP和AK分别划分为丰富、较丰富、中等、较缺乏和缺乏5个等级；pH划分为强碱性(pH>8.5)、碱性(7.5

表1 土壤养分和pH的分级标准Table 1 Grading standard for nutrients and pH of soil

1.5 数据统计与分析

采用Excel 2013和SPSS 20.0对试验数据进行统计分析与绘图。

2 结果与分析

2.1 印江县耕地土壤pH的分布特征

由表2可知，印江县耕地土壤pH均值为5.97，其中，5

表2 印江县耕地土壤pH的分区统计Table 2 pH zoning statistics of cultivated land in Yinjiang County

2.2 印江县耕地土壤的养分含量及分布特征

2.2.1 土壤养分状况 从表3看出，耕地土壤OM中等至丰富的样品占68.29%，较丰富至丰富占20.67%；TN中等至丰富占93.50%，较丰富至丰富占54.13%；TP中等至丰富占38.82%，较丰富至丰富占14.31%；TK中等至丰富占86.02%，较丰富至丰富占71.18%；AN中等至丰富占59.39%，较丰富至

表3 印江县耕地土壤养分含量的分布占比 Table 3 Distribution proportion of nutrient content in soil of cultivated land in Yinjiang County %

图1 印江县耕地土壤全氮、全磷、全钾与碱解氮、有效磷、速效钾的相关性Fig.1 Relationships between TN and AN,TP and AP,and TK and AK in cultivated land of Yinjiang County

丰富占28.47%；AP中等至丰富占39.73%，较丰富至丰富占20.08%；AK中等至丰富占63.87%，较丰富至丰富占30.05%。表明，印江县耕地土壤AN、AK和OM总体表现中等偏丰富，AP较缺乏和缺乏，TN和TK较丰富，TP较缺乏，养分极不平衡。由图1可知，AN与TN、AP与TP和AK与TK均呈正相关关系，其相关系数依次为AN(R2=0.435)>AP(R2=0.273)>AK(R2=0.005)，表明TN和AN相关性较好。

2.2.2 有机质 从表4看出，印江县耕地土壤OM均值为23.97 g/kg，以中等占比最高，达47.62%；较缺乏次之，为27.58%；各区均值为10～30 g/kg，即表现为中等偏缺乏。其中，平坝区OM均值最高，为26.68 g/kg，较印江县高2.71 g/kg；茶叶示范园区OM均值为25.15 g/kg，较印江县高1.18 g/kg；茶树种植区和耕地撂荒区OM均值分别为20.21 g/kg和23.43 g/kg，较印江县低3.76 g/kg和0.54 g/kg。茶树种植区、耕地撂荒区、平坝区和茶叶示范园区均以中等占比最高，较缺乏次之。整体看，印江县耕地土壤有机质含量以中等为主。

表4 印江县耕地土壤有机质含量及分布Table 4 Content and distribution of organic matter in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.3 碱解氮 从表5看出，印江县、茶树种植区、耕地撂荒区、平坝区和茶叶示范园区AN均值分别为100.71 mg/kg、102.68 mg/kg、91.23 mg/kg、122.13 mg/kg和90.89 mg/kg，依次为平坝区>茶树种植区>印江县>耕地撂荒区>茶叶示范园区；AN>120 mg/kg占比依次为平坝区(63.16%)>印江县(28.47%)>茶树种植区(25.86%)>耕地撂荒区(21.59%)>茶叶示范园区(15.91%)；AN≤90 mg/kg占比依次为耕地撂荒区=茶叶示范园区(56.82%)>印江县(40.61%)>茶树种植区(34.48%)>平坝区(21.05%)。表明，印江县耕地土壤AN含量处于中等偏丰富，平坝区AN含量最高，耕地撂荒区和茶叶示范园区较低。

表5 印江县耕地土壤碱解氮含量及分布 Table 5 Content and distribution of available nitrogen in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.4 有效磷 由表6可知，印江县、茶树种植区、耕地撂荒区、平坝区和茶叶示范园区AP均值分别为14.86 mg/kg、18.01 mg/kg、7.99 mg/kg、26.94 mg/kg和16.32 mg/kg，依次为平坝区>茶树种植区>茶叶示范园区>印江县>耕地撂荒区；AP>20 mg/kg占比依次为平坝区(52.64%)>茶树种植区(22.41%)>印江县(20.08%)>茶叶示范园区(18.18%)>耕地撂荒区(7.96%)；AP≤10 mg/kg占比依次为耕地撂荒区(84.10%)>印江县(60.26%)>茶叶示范园区(56.82%)>茶树种植区(50.00%)>平坝区(15.79%)。综合看，印江县耕地土壤AP含量偏低，分布不均，土壤背景AP缺乏较严重，其中耕地撂荒区AP最低，且处于较缺乏至缺乏的占比达84.10%。

表6 印江县耕地土壤有效磷含量及分布 Table 6 Content and distribution of available phosphorus in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.5 速效钾 从表7看出，印江县、茶树种植区、耕地撂荒区、平坝区和茶叶示范园区AK均值分别为143.00 mg/kg、149.91 mg/kg、130.70 mg/kg、138.05 mg/kg和154.06 mg/kg，依次为茶叶示范园区>茶树种植区>印江县>平坝区>耕地撂荒区；AK>150 mg/kg占比依次为茶叶示范园区(38.64%)>茶树种植区(32.75%)>印江县(30.05%)>平坝区(26.32%)>耕地撂荒区(26.14%)；AK≤100 mg/kg占比依次为印江县(36.12%)>耕地撂荒区(35.23%)>茶树种植区(29.31%)>平坝区(26.32%)>茶叶示范园区(15.91%)。表明，印江县耕地土壤AK处于中等偏丰富，茶叶示范园区、茶树种植区优于其他区。

表7 印江县耕地土壤速效钾含量及分布 Table 7 Content and distribution of available potassium in soil of cultivated land in Yinjiang County

3 讨论

土壤 pH值是衡量土壤酸碱性的指标。研究表明，印江县耕地土壤pH为3.87～8.57，均值5.97，略低于贵州省背景值[23]，其中，5

土壤养分是决定植物生长及其产品优劣的关键因素。研究结果显示，除平坝区外，印江县耕地土壤各养分指标含量均低于贵州省均值[23]。据2015年印江县土地利用现状变更调查统计显示，印江县耕地坡度大于15°以上占比达63.43%[22]。因此，认为该县耕地坡度较大，水土流失严重是造成其耕地土壤养分含量偏低的主要原因，也是耕地撂荒占比较大(约20%)的主要原因。印江县各区域耕地土壤AN、AP和AK表现出不同程度缺乏，以AP最突出，除平坝区外，其处于较缺乏至缺乏的占比均≥50.00%；平坝区OM和AN含量较高，可能是受稻草还田和种植绿肥等作物的影响。耕地撂荒区AN、AP和AK处于较缺乏和缺乏的占比较大；茶树种植区AN、AP和AK均高于印江县背景值[24]，OM含量较低，可能是为缓解土壤酸化，减少茶树凋落物和修剪枝叶等自身循环，从而降低该区土壤OM含量。TK(51.08%)处于丰富的占比最大，TN(39.37%)、AN(30.92%)、AK(33.82%)和OM(47.62%)处于中等的占比最大，TP和AP处于较缺乏和缺乏的占比最大，分别为44.68%和42.20%。表明，印江县耕地土壤养分分布不平衡，缺磷严重，主要处于较缺乏至缺乏状态，与蔡大为等[23，25]研究结果相似。姚冬辉等[26]研究表明，江西省耕地土壤偏酸，OM和AP适中至较丰富，AN较丰富，AK较缺乏，与研究结果差异较大。可能是由于成土母质、地质环境、地形地貌和耕作方式等不同造成。依据相关性分析得出，AN与TN、AP与TP和AK与TK均呈正相关关系，AK与TK的相关系数最低(R2=0.005)，表明AK与TK的相关性较差，可能是由于印江县耕地土壤母岩以碎屑岩为主，碎屑岩含大量黏土类矿物，而黏土类矿物中钾多为结合态导致。

综合看，印江县耕地土壤TN丰富，AK和OM较丰富，AP较缺乏。参照韩文炎等[27]提出的优质高效高产茶园土壤养分诊断方法，印江县耕地土壤达到优质高效高产茶园的占比约20%。印江县具有大规模种植优质茶叶的潜力，尤其是耕地撂荒区和坡度大于15°以上的耕地，种植茶树可适当缓解水土流失。

4 结论

印江县耕地土壤pH平均值为5.97，偏酸性。土壤TN和TK较丰富至丰富的占比分别为54.13%和71.18%，表现丰富；AN、AK和OM中等至丰富为59.39%、63.87%和68.29%，表现中等偏丰富；TP和AP较缺乏至缺乏分别为61.18%和60.26%，表现较缺乏。AN与TN、AP与TP和AK与TK均呈正相关关系，其相关系数依次为AN(R2=0.435)>AP(R2=0.273)>AK(R2=0.005)。其中，平坝区耕地土壤各养分指标较其他区具有明显优势，其有效养分指标OM、AN、AP和AK含量均较高，分别为26.68 g/kg、122.13 mg/kg、26.94 mg/kg和138.05 mg/kg。与印江县背景值比，茶树种植区除OM外，其他养分指标均较背景值高。耕地撂荒区土壤AN、AK和AP较缺乏至缺乏占比较大，分别为56.81%、84.10%和35.23%。综合看，印江县耕地土壤养分分布不平衡，偏酸性；平坝区耕地土壤养分状况整体较优，绝大部分耕地适宜种植茶树。建议进一步加强土壤酸化改良力度，茶树种植区加强推广测土配方施肥、适当种植豆科植物及增施有机肥料等技术，提升其耕地质量，促进现代农业可持续发展。