印江縣茶樹種植區(qū)與非種植區(qū)耕地土壤養(yǎng)分分布特征

李永剛，石 睿，饒紅娟，張 翼，王文杰，洪萬華

(1.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 一O一地質(zhì)大隊(duì)，貴州 凱里 556004；2.貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局 一O三地質(zhì)大隊(duì)，貴州 銅仁 554300)

0 引言

【研究意義】農(nóng)作物對(duì)地質(zhì)環(huán)境具有選擇性，而為其提供生長(zhǎng)場(chǎng)所的巖石和土壤扮演關(guān)鍵角色[1]，土壤的pH和養(yǎng)分元素等含量在很大程度上影響茶葉品質(zhì)[2-5]。依據(jù)農(nóng)業(yè)農(nóng)村部無公害茶園土壤環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和《貴州省種植業(yè)區(qū)劃》，將種植茶樹土壤pH 4.5～5.5的區(qū)域劃分為非常適宜地，pH 5.5～6.5的區(qū)域?yàn)檫m宜地，pH 4.0～4.5的區(qū)域?yàn)楸容^適宜地，pH>6.5或pH<4.0的區(qū)域?yàn)椴贿m宜地[6]。土壤的酸堿度通過影響礦質(zhì)鹽分溶解度而影響其養(yǎng)分有效性，當(dāng)pH小于4.50或大于6.50時(shí)，茶樹對(duì)氮、磷、鉀等的吸收能力顯著降低[7]，進(jìn)而影響茶葉的產(chǎn)質(zhì)量[8]。貴州茶區(qū)土壤偏酸，普遍存在缺磷和缺鉀現(xiàn)象[9-10]。水土流失導(dǎo)致有機(jī)質(zhì)降低，茶樹根系為了適應(yīng)土壤缺磷環(huán)境分泌有機(jī)酸，茶樹凋落物、修剪枝葉等自身物質(zhì)循環(huán)以及長(zhǎng)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，探究印江縣茶樹種植區(qū)與非種植區(qū)耕地土壤養(yǎng)分分布特征，分析其耕地土壤pH和主要養(yǎng)分差異，對(duì)該區(qū)域土地資源的合理利用及茶樹種植的科學(xué)布局具有重要意義[6-7]?！厩叭搜芯窟M(jìn)展】針對(duì)貴州茶園土壤pH和養(yǎng)分的研究已有報(bào)道。張小琴等[4]研究表明，茶園土壤pH和養(yǎng)分是決定茶樹生長(zhǎng)優(yōu)劣的關(guān)鍵因素；DEBNATH等[15]發(fā)現(xiàn)，適量施氮能增加茶葉產(chǎn)量，改善茶葉品質(zhì)；范寶磊等[16]認(rèn)為，梵凈山北西、印江一帶的環(huán)境條件適宜開發(fā)生產(chǎn)無公害茶和有機(jī)茶，屬于優(yōu)質(zhì)茶區(qū)和富硒優(yōu)質(zhì)茶區(qū)；陳玲等[17]對(duì)貴州銅仁茶區(qū)土壤主要養(yǎng)分調(diào)查發(fā)現(xiàn)，茶區(qū)大部分茶園土壤有酸化趨勢(shì)，甚至已經(jīng)酸化，嚴(yán)重缺磷，部分茶區(qū)缺鉀。針對(duì)貴州省耕地質(zhì)量地球化學(xué)特征，前人展開了大量研究，楊娟等[18-19]認(rèn)為，有機(jī)質(zhì)中腐殖質(zhì)對(duì)土壤團(tuán)粒結(jié)構(gòu)的維持和形成有重要作用，增加有機(jī)質(zhì)能促使腐殖質(zhì)產(chǎn)生有機(jī)膠體；任明強(qiáng)等[20]介紹了貴州1︰50 000耕地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評(píng)價(jià)方法技術(shù)；馬義波等[21]研究了貴州成土母巖類型及其與耕地土壤的關(guān)系；李龍波等[22]開展了貴州喀斯特地區(qū)典型土壤碳酸鹽垂直分布特征及其同位素組成的研究；蔡大為等[23]研究表明，貴州省耕地土壤有機(jī)質(zhì)、N和P的背景值較高，K的背景值略低，耕地土壤偏酸性?！狙芯壳腥朦c(diǎn)】梵凈山北西、印江一帶生態(tài)環(huán)境和地質(zhì)背景均具有大面積種植茶葉的基礎(chǔ)，但該區(qū)域耕地坡度較大，撂荒程度高，種植結(jié)構(gòu)急需改善。目前，鮮見有關(guān)貴州印江茶樹種植區(qū)與非種植區(qū)耕地土壤養(yǎng)分特征的研究報(bào)道。【擬解決的關(guān)鍵問題】探究印江縣茶樹種植區(qū)與非種植區(qū)耕地土壤養(yǎng)分的分布特征，以期為該區(qū)域土地資源的合理利用及茶樹種植的科學(xué)布局提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

印江縣位于108°17′52″～108°48′18″E、27°35′19″～28°20′32″N，地處武陵主峰梵凈山西麓，位于貴州省東北部，云貴高原向湘西丘陵和四川盆地過渡的大斜坡地帶。轄區(qū)國(guó)土總面積196 900 hm2，海拔高差377～2 493 m，立體小氣候明顯，屬典型的山區(qū)農(nóng)業(yè)縣，素有“八山一水一分田”之說。

1.2 樣品采集與分析

1.2.1 土壤樣品采集 印江縣耕地調(diào)查面積為53 915 hm2，在確保采樣點(diǎn)的代表性、均勻性、控制性和合理性基礎(chǔ)上，結(jié)合1︰50 000地形圖定點(diǎn)，使用手持GPS連續(xù)采集耕地表層土壤(0～20 cm)，由4～6個(gè)子樣等量混合組成1個(gè)樣品，每個(gè)土樣至少留取600 g，取300 g作副樣，共采集土壤樣品5 410個(gè)(101個(gè)重復(fù)樣)，平均采樣密度9.85點(diǎn)/km2。

1.2.2 土壤樣品分析 將土壤樣品去除雜質(zhì)，野外風(fēng)干過2 mm尼龍篩，包裝編號(hào)后送實(shí)驗(yàn)室分析測(cè)試，土壤樣品測(cè)試分析由湖北省地礦中心實(shí)驗(yàn)室完成。采用電位法(ISE)測(cè)定pH，用X射線熒光光譜法(XRF)測(cè)定全鉀(TK)和全磷(TP)，用容量法(VOL)測(cè)定全氮(TN)、堿解氮(AN)和有機(jī)質(zhì)(OM)，用電感耦合等離子體原子發(fā)射光譜法(ICP-OES)測(cè)定速效鉀(AK)和有效磷(AP)。

1.3 耕地分區(qū)方法

將印江縣耕地圖斑按照茶樹種植區(qū)、茶樹種植示范區(qū)、耕作程度較弱區(qū)和耕作程度較強(qiáng)區(qū)進(jìn)行分區(qū)，劃分為茶樹種植區(qū)、茶葉示范園區(qū)、耕地撂荒區(qū)和平壩區(qū)。

1.4 土壤養(yǎng)分與pH分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)

參照《土地質(zhì)量地球化學(xué)評(píng)價(jià)規(guī)范》(DZ/T 0295—2016)的土壤養(yǎng)分分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)(表1)，將OM、AN、AP和AK分別劃分為豐富、較豐富、中等、較缺乏和缺乏5個(gè)等級(jí)；pH劃分為強(qiáng)堿性(pH>8.5)、堿性(7.5

表1 土壤養(yǎng)分和pH的分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)Table 1 Grading standard for nutrients and pH of soil

1.5 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)與分析

采用Excel 2013和SPSS 20.0對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析與繪圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 印江縣耕地土壤pH的分布特征

由表2可知，印江縣耕地土壤pH均值為5.97，其中，5

表2 印江縣耕地土壤pH的分區(qū)統(tǒng)計(jì)Table 2 pH zoning statistics of cultivated land in Yinjiang County

2.2 印江縣耕地土壤的養(yǎng)分含量及分布特征

2.2.1 土壤養(yǎng)分狀況 從表3看出，耕地土壤OM中等至豐富的樣品占68.29%，較豐富至豐富占20.67%；TN中等至豐富占93.50%，較豐富至豐富占54.13%；TP中等至豐富占38.82%，較豐富至豐富占14.31%；TK中等至豐富占86.02%，較豐富至豐富占71.18%；AN中等至豐富占59.39%，較豐富至

表3 印江縣耕地土壤養(yǎng)分含量的分布占比 Table 3 Distribution proportion of nutrient content in soil of cultivated land in Yinjiang County %

圖1 印江縣耕地土壤全氮、全磷、全鉀與堿解氮、有效磷、速效鉀的相關(guān)性Fig.1 Relationships between TN and AN,TP and AP,and TK and AK in cultivated land of Yinjiang County

豐富占28.47%；AP中等至豐富占39.73%，較豐富至豐富占20.08%；AK中等至豐富占63.87%，較豐富至豐富占30.05%。表明，印江縣耕地土壤AN、AK和OM總體表現(xiàn)中等偏豐富，AP較缺乏和缺乏，TN和TK較豐富，TP較缺乏，養(yǎng)分極不平衡。由圖1可知，AN與TN、AP與TP和AK與TK均呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)依次為AN(R2=0.435)>AP(R2=0.273)>AK(R2=0.005)，表明TN和AN相關(guān)性較好。

2.2.2 有機(jī)質(zhì) 從表4看出，印江縣耕地土壤OM均值為23.97 g/kg，以中等占比最高，達(dá)47.62%；較缺乏次之，為27.58%；各區(qū)均值為10～30 g/kg，即表現(xiàn)為中等偏缺乏。其中，平壩區(qū)OM均值最高，為26.68 g/kg，較印江縣高2.71 g/kg；茶葉示范園區(qū)OM均值為25.15 g/kg，較印江縣高1.18 g/kg；茶樹種植區(qū)和耕地撂荒區(qū)OM均值分別為20.21 g/kg和23.43 g/kg，較印江縣低3.76 g/kg和0.54 g/kg。茶樹種植區(qū)、耕地撂荒區(qū)、平壩區(qū)和茶葉示范園區(qū)均以中等占比最高，較缺乏次之。整體看，印江縣耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量以中等為主。

表4 印江縣耕地土壤有機(jī)質(zhì)含量及分布Table 4 Content and distribution of organic matter in soil of cultivated land in Yinjiang County

2.2.3 堿解氮 從表5看出，印江縣、茶樹種植區(qū)、耕地撂荒區(qū)、平壩區(qū)和茶葉示范園區(qū)AN均值分別為100.71 mg/kg、102.68 mg/kg、91.23 mg/kg、122.13 mg/kg和90.89 mg/kg，依次為平壩區(qū)>茶樹種植區(qū)>印江縣>耕地撂荒區(qū)>茶葉示范園區(qū)；AN>120 mg/kg占比依次為平壩區(qū)(63.16%)>印江縣(28.47%)>茶樹種植區(qū)(25.86%)>耕地撂荒區(qū)(21.59%)>茶葉示范園區(qū)(15.91%)；AN≤90 mg/kg占比依次為耕地撂荒區(qū)=茶葉示范園區(qū)(56.82%)>印江縣(40.61%)>茶樹種植區(qū)(34.48%)>平壩區(qū)(21.05%)。表明，印江縣耕地土壤AN含量處于中等偏豐富，平壩區(qū)AN含量最高，耕地撂荒區(qū)和茶葉示范園區(qū)較低。

表5 印江縣耕地土壤堿解氮含量及分布 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，印江縣、茶樹種植區(qū)、耕地撂荒區(qū)、平壩區(qū)和茶葉示范園區(qū)AP均值分別為14.86 mg/kg、18.01 mg/kg、7.99 mg/kg、26.94 mg/kg和16.32 mg/kg，依次為平壩區(qū)>茶樹種植區(qū)>茶葉示范園區(qū)>印江縣>耕地撂荒區(qū)；AP>20 mg/kg占比依次為平壩區(qū)(52.64%)>茶樹種植區(qū)(22.41%)>印江縣(20.08%)>茶葉示范園區(qū)(18.18%)>耕地撂荒區(qū)(7.96%)；AP≤10 mg/kg占比依次為耕地撂荒區(qū)(84.10%)>印江縣(60.26%)>茶葉示范園區(qū)(56.82%)>茶樹種植區(qū)(50.00%)>平壩區(qū)(15.79%)。綜合看，印江縣耕地土壤AP含量偏低，分布不均，土壤背景AP缺乏較嚴(yán)重，其中耕地撂荒區(qū)AP最低，且處于較缺乏至缺乏的占比達(dá)84.10%。

表6 印江縣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 速效鉀 從表7看出，印江縣、茶樹種植區(qū)、耕地撂荒區(qū)、平壩區(qū)和茶葉示范園區(qū)AK均值分別為143.00 mg/kg、149.91 mg/kg、130.70 mg/kg、138.05 mg/kg和154.06 mg/kg，依次為茶葉示范園區(qū)>茶樹種植區(qū)>印江縣>平壩區(qū)>耕地撂荒區(qū)；AK>150 mg/kg占比依次為茶葉示范園區(qū)(38.64%)>茶樹種植區(qū)(32.75%)>印江縣(30.05%)>平壩區(qū)(26.32%)>耕地撂荒區(qū)(26.14%)；AK≤100 mg/kg占比依次為印江縣(36.12%)>耕地撂荒區(qū)(35.23%)>茶樹種植區(qū)(29.31%)>平壩區(qū)(26.32%)>茶葉示范園區(qū)(15.91%)。表明，印江縣耕地土壤AK處于中等偏豐富，茶葉示范園區(qū)、茶樹種植區(qū)優(yōu)于其他區(qū)。

表7 印江縣耕地土壤速效鉀含量及分布 Table 7 Content and distribution of available potassium in soil of cultivated land in Yinjiang County

3 討論

土壤 pH值是衡量土壤酸堿性的指標(biāo)。研究表明，印江縣耕地土壤pH為3.87～8.57，均值5.97，略低于貴州省背景值[23]，其中，5

土壤養(yǎng)分是決定植物生長(zhǎng)及其產(chǎn)品優(yōu)劣的關(guān)鍵因素。研究結(jié)果顯示，除平壩區(qū)外，印江縣耕地土壤各養(yǎng)分指標(biāo)含量均低于貴州省均值[23]。據(jù)2015年印江縣土地利用現(xiàn)狀變更調(diào)查統(tǒng)計(jì)顯示，印江縣耕地坡度大于15°以上占比達(dá)63.43%[22]。因此，認(rèn)為該縣耕地坡度較大，水土流失嚴(yán)重是造成其耕地土壤養(yǎng)分含量偏低的主要原因，也是耕地撂荒占比較大(約20%)的主要原因。印江縣各區(qū)域耕地土壤AN、AP和AK表現(xiàn)出不同程度缺乏，以AP最突出，除平壩區(qū)外，其處于較缺乏至缺乏的占比均≥50.00%；平壩區(qū)OM和AN含量較高，可能是受稻草還田和種植綠肥等作物的影響。耕地撂荒區(qū)AN、AP和AK處于較缺乏和缺乏的占比較大；茶樹種植區(qū)AN、AP和AK均高于印江縣背景值[24]，OM含量較低，可能是為緩解土壤酸化，減少茶樹凋落物和修剪枝葉等自身循環(huán)，從而降低該區(qū)土壤OM含量。TK(51.08%)處于豐富的占比最大，TN(39.37%)、AN(30.92%)、AK(33.82%)和OM(47.62%)處于中等的占比最大，TP和AP處于較缺乏和缺乏的占比最大，分別為44.68%和42.20%。表明，印江縣耕地土壤養(yǎng)分分布不平衡，缺磷嚴(yán)重，主要處于較缺乏至缺乏狀態(tài)，與蔡大為等[23，25]研究結(jié)果相似。姚冬輝等[26]研究表明，江西省耕地土壤偏酸，OM和AP適中至較豐富，AN較豐富，AK較缺乏，與研究結(jié)果差異較大?？赡苁怯捎诔赏聊纲|(zhì)、地質(zhì)環(huán)境、地形地貌和耕作方式等不同造成。依據(jù)相關(guān)性分析得出，AN與TN、AP與TP和AK與TK均呈正相關(guān)關(guān)系，AK與TK的相關(guān)系數(shù)最低(R2=0.005)，表明AK與TK的相關(guān)性較差，可能是由于印江縣耕地土壤母巖以碎屑巖為主，碎屑巖含大量黏土類礦物，而黏土類礦物中鉀多為結(jié)合態(tài)導(dǎo)致。

綜合看，印江縣耕地土壤TN豐富，AK和OM較豐富，AP較缺乏。參照韓文炎等[27]提出的優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)茶園土壤養(yǎng)分診斷方法，印江縣耕地土壤達(dá)到優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)茶園的占比約20%。印江縣具有大規(guī)模種植優(yōu)質(zhì)茶葉的潛力，尤其是耕地撂荒區(qū)和坡度大于15°以上的耕地，種植茶樹可適當(dāng)緩解水土流失。

4 結(jié)論

印江縣耕地土壤pH平均值為5.97，偏酸性。土壤TN和TK較豐富至豐富的占比分別為54.13%和71.18%，表現(xiàn)豐富；AN、AK和OM中等至豐富為59.39%、63.87%和68.29%，表現(xiàn)中等偏豐富；TP和AP較缺乏至缺乏分別為61.18%和60.26%，表現(xiàn)較缺乏。AN與TN、AP與TP和AK與TK均呈正相關(guān)關(guān)系，其相關(guān)系數(shù)依次為AN(R2=0.435)>AP(R2=0.273)>AK(R2=0.005)。其中，平壩區(qū)耕地土壤各養(yǎng)分指標(biāo)較其他區(qū)具有明顯優(yōu)勢(shì)，其有效養(yǎng)分指標(biāo)OM、AN、AP和AK含量均較高，分別為26.68 g/kg、122.13 mg/kg、26.94 mg/kg和138.05 mg/kg。與印江縣背景值比，茶樹種植區(qū)除OM外，其他養(yǎng)分指標(biāo)均較背景值高。耕地撂荒區(qū)土壤AN、AK和AP較缺乏至缺乏占比較大，分別為56.81%、84.10%和35.23%。綜合看，印江縣耕地土壤養(yǎng)分分布不平衡，偏酸性；平壩區(qū)耕地土壤養(yǎng)分狀況整體較優(yōu)，絕大部分耕地適宜種植茶樹。建議進(jìn)一步加強(qiáng)土壤酸化改良力度，茶樹種植區(qū)加強(qiáng)推廣測(cè)土配方施肥、適當(dāng)種植豆科植物及增施有機(jī)肥料等技術(shù)，提升其耕地質(zhì)量，促進(jìn)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展。