基于模糊綜合評(píng)判法的茶葉基地土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)

基于模糊綜合評(píng)判法的茶葉基地土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)

土壤質(zhì)量是土壤肥力質(zhì)量、土壤環(huán)境質(zhì)量和土壤健康質(zhì)量的綜合評(píng)價(jià)。它不僅是土壤特性的綜合反映，也是最敏感的指標(biāo)。因此，它可以反映自然因素和人類活動(dòng)對(duì)土壤的影響。其中,土壤肥力質(zhì)量是土壤質(zhì)量的重要組成部分,是指在植物全部生長過程中,土壤同時(shí)的、不斷的供應(yīng)植物以最高水分和養(yǎng)分的能力,以及在光照、溫度、濕度及土壤物理?xiàng)l件及其他因素都適合于特定植物生長時(shí),土壤向該植物以適當(dāng)?shù)牧亢推胶獾谋壤?yīng)養(yǎng)分的性能。土壤肥力質(zhì)量的高低直接影響著作物生長,影響著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的結(jié)構(gòu)、布局和效益等方面。湖南是我國4個(gè)產(chǎn)茶大省之一,其產(chǎn)量和面積均居全國第二,而長沙縣“百里茶廊”是湖南省重要的茶葉生產(chǎn)基地之一。本研究以長沙縣“百里茶廊”的6個(gè)茶葉基地土壤為研究對(duì)象,研究與分析各茶葉基地的土壤肥力質(zhì)量的狀況和變化規(guī)律,并應(yīng)用相關(guān)分析和模糊數(shù)學(xué)原理,選用9項(xiàng)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo),建立綜合評(píng)價(jià)體系,對(duì)其進(jìn)行合理的評(píng)價(jià),為該地區(qū)茶葉產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供科學(xué)依據(jù)。1主要茶葉生產(chǎn)基地的選取長沙縣“百里茶廊”位于長沙縣東北部的春花、高橋、金井、開慧等9個(gè)鄉(xiāng)鎮(zhèn),是長沙縣農(nóng)村產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整的重要示范區(qū)。共包括10多個(gè)大小不等的茶葉生產(chǎn)基地,本研究選擇長春茶場、金華茶場、金井茶場、湘豐茶場、開慧茶場和省茶科所茶場等6個(gè)主要茶葉生產(chǎn)基地為研究對(duì)象,并對(duì)其進(jìn)行野外調(diào)查和土壤采集。供試各茶場均屬典型的低山丘陵地貌,海拔在60—100m之間,坡度均在15°以下,地勢開闊平坦。其中金井茶場、湘豐茶場和開慧茶場的土壤由花崗巖風(fēng)化物發(fā)育形成,長春茶場和省茶科所茶場的土壤由第四紀(jì)紅土發(fā)育形成,金華茶場的土壤由板巖風(fēng)化物發(fā)育形成。按不同的成土母質(zhì)類型、地貌類型及各茶園土壤面積大小等情況,分別采集各茶場耕層混合土壤樣品8~23個(gè),采樣深度0~30cm,共采得土壤樣品86個(gè),每個(gè)土壤樣品重1000—1500g。2評(píng)價(jià)指標(biāo)和評(píng)價(jià)方法2.1土壤肥力評(píng)價(jià)測定方法茶樹對(duì)土壤的酸堿度反應(yīng)很敏感,喜酸性土壤,酸性的高低直接影響到茶樹的生長以及茶葉的品質(zhì)。土壤有機(jī)質(zhì)含量是茶園土壤熟化程度和肥力水平的重要指標(biāo),較高的有機(jī)質(zhì)含量是獲得高品質(zhì)茶葉的必需條件。土壤氮、磷、鉀含量對(duì)作物的生長至關(guān)重要,茶樹也是一樣,且這三種元素的含量多少與比例是否適當(dāng),影響到茶葉的生長以及產(chǎn)量和品質(zhì)的高低。因此,本研究選用土壤pH值、有機(jī)質(zhì)、全N、P、K,有效N、P、K和緩效K等9項(xiàng)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)作為評(píng)價(jià)指標(biāo),各項(xiàng)指標(biāo)的測定方法如下:pH:電位法;有機(jī)質(zhì):重鉻酸鉀容量法—外加熱法;全N:半微量開氏法;全P:HClO4-H2SO4消化,鉬銻抗比色法;全K:NaOH熔融,火焰光度法;有效N:堿解擴(kuò)散法;有效P:0.5mol/LNaHCO3提取,鉬銻抗比色法;有效K:NH4OAc浸提,火焰光度法;緩效K:1mol/L熱HNO3浸提,火焰光度法。2.2土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)的相關(guān)關(guān)系和調(diào)整我國領(lǐng)土遼闊,自然條件多種多樣,土壤肥力質(zhì)量高低差異很大,給出一個(gè)統(tǒng)一的土壤肥力質(zhì)量評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)相當(dāng)困難。結(jié)合茶園土壤實(shí)際情況,本研究應(yīng)用FUZZY(模糊)綜合評(píng)判法對(duì)土壤肥力質(zhì)量進(jìn)行數(shù)值化的綜合評(píng)價(jià)。其具體做法是:(1)S型(正相關(guān)型)隸屬度函數(shù)。大多數(shù)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)屬于這種類型,如有機(jī)質(zhì)、氮、磷、鉀含量等。作物的效應(yīng)曲線呈現(xiàn)為S型,即開始時(shí)隨著指標(biāo)值的增加,效應(yīng)強(qiáng)度上升迅速,達(dá)到一定的臨界值后,隨著數(shù)量增加,效應(yīng)值穩(wěn)定在一定水平線上。其隸屬度函數(shù)如圖1所示:相應(yīng)的隸屬度函數(shù)為:根據(jù)前人研究結(jié)果以及結(jié)合茶園土壤的實(shí)際,確定各指標(biāo)的隸屬度函數(shù)曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值如表1所示。(2)拋物線型隸屬度函數(shù)。作物的效應(yīng)曲線呈現(xiàn)為拋物線型,即隨著指標(biāo)值的增加,效應(yīng)值表現(xiàn)出開始時(shí)增加,然后達(dá)到最高點(diǎn),最后下降的情形。如土壤pH值等,其隸屬度函數(shù)如圖2所示:據(jù)此建立如下隸屬函數(shù):根據(jù)茶園土壤的實(shí)際情況,確定土壤pH值在隸屬度函數(shù)曲線中轉(zhuǎn)折點(diǎn)的相應(yīng)取值為:X1=4.0,X2=4.5,X3=6.0,X4=7.0。2.2.2建立國家火各質(zhì)量指標(biāo)間相關(guān)關(guān)系矩陣的矩陣權(quán)重是指評(píng)價(jià)指標(biāo)對(duì)評(píng)價(jià)對(duì)象的影響程度或貢獻(xiàn)率。本研究采用各指標(biāo)間相關(guān)系數(shù)來確定權(quán)重系數(shù)。計(jì)算步驟為:(1)求單項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù),建立各肥力質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù)矩陣R;(2)計(jì)算各因子與其它因子相關(guān)系數(shù)的平均值;(3)求出該平均值占所有肥力質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值之和的百分率即為該單項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)在表征土壤肥力質(zhì)量中的貢獻(xiàn)率,由此可以得出各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重(Wi)。2.2.3隸屬度值和權(quán)重系數(shù)根據(jù)公式IFI=∑Wi·Ni計(jì)算出綜合指標(biāo)值,Ni和Wi分別表示第i種養(yǎng)分指標(biāo)的隸屬度值和權(quán)重系數(shù)。隸屬度值和權(quán)重系數(shù)值應(yīng)用MicrosoftExcel軟件進(jìn)行計(jì)算。3研究結(jié)果3.1不同茶葉基地土壤肥力的分布特征3.1.1土壤全n和全p含量土壤酸堿性環(huán)境對(duì)茶樹生長影響很大。它影響土壤中各種物理和化學(xué)反應(yīng),對(duì)茶樹吸收土壤營養(yǎng)元素的難易有明顯作用。大多數(shù)必需的營養(yǎng)元素的有效性與土壤的pH值有關(guān)。茶樹是一種喜酸性植物,適宜在酸性土壤生長。且適宜茶樹生長的土壤pH值為4.0—5.5左右。從表2來看,各茶葉基地土壤的pH值較低,酸性較強(qiáng),平均值均在5.0以下。其中開慧茶場和金華茶場的土壤pH值最低,平均值都只有4.01;金井茶場、湘豐茶場省和茶科所茶場的平均值在4.00—4.50之間;長春茶場土壤pH值最高,平均值為4.59。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤各種營養(yǎng)元素特別是氮、磷的重要來源。它還含有豐富的刺激植物生長的胡敏酸類物質(zhì)。由于它具有膠體特性,能吸附較多的陽離子,因而使土壤具有保肥力和緩沖性。它還能使土壤形成疏松結(jié)構(gòu),從而改善土壤的物理性狀。它是土壤微生物不可缺少的碳源和能源。從表2來看,土壤有機(jī)質(zhì)含量整體處于中等水平,各茶葉基地差異不大。開慧茶場的土壤有機(jī)質(zhì)含量較低,平均值為13.6g/kg;金井茶場、湘豐茶場和金華茶場土壤有機(jī)質(zhì)含量的平均值都低于20.0g/kg,處于中下水平;長春茶場和省茶科所茶場的相對(duì)較高,平均值分別為21.2g/kg和22.4g/kg,處于中上水平。氮的生理作用為能夠直接或間接影響茶樹的代謝活動(dòng)和生長發(fā)育,能促進(jìn)茶樹養(yǎng)分的吸收和同化作用,是茶葉中氨基酸、蛋白質(zhì)、酶、輔酶、葉綠素和核酸等化合物的成分。從表3來看,各茶葉基地土壤全N含量的平均值基本都在1.00g/kg左右,含量較低。其中開慧茶場的最低,平均值是0.58g/kg;金井茶場、湘豐茶場和金華茶場平均值都在1.00g/kg以下,含量較低;長春茶場和省茶科所茶場其平均值分別為1.02g/kg和1.11g/kg,處于中下水平。各茶葉基地土壤有效N含量差異較大,整體屬于中等水平。金華基地和開慧基地的較低,平均值為63.1mg/kg和63.4mg/kg;長春基地、金井基地和省茶科所基地土壤有效N含量平均值均在100mg/kg左右,屬于中上水平;湘豐基地土壤有效N含量最高,平均值高達(dá)132.9mg/kg屬于較高水平。3.1.2土壤P含量和K含量磷是茶葉中蛋白質(zhì)的成分,在脂肪和碳水化合物代謝、呼吸、光合和許多其他代謝過程中都極為重要,能促進(jìn)淀粉和葉綠素的合成,促進(jìn)茶樹根的生育和養(yǎng)分吸收。從表3可以看到,各茶葉基地土壤全P含量差異不大,都屬于較低的水平。全P含量最高的省茶科所茶場,平均值也僅有0.55g/kg,其它均在0.30—0.50g/kg之間;大部分茶葉基地土壤有效P含量屬于中等水平。金井茶場、湘豐茶場、開慧茶場和金華茶場的土壤有效P含量其平均值都在10.0mg/kg左右,含量中等;長春茶場和省茶科所茶場的平均值分別為22.8mg/kg和24.9mg/kg,含量較高。鉀在茶樹代謝中起調(diào)節(jié)作用,是合成碳水化合物和含氮化合物所必需的成分,能促進(jìn)茶樹根的發(fā)育,促進(jìn)同化作用,調(diào)節(jié)蒸騰作用,增強(qiáng)茶樹對(duì)凍害、病蟲害等的抵抗力。從表3可以看到,各茶葉基地土壤全K受成土母質(zhì)的影響,含量是較高的。長春茶場和省茶科所茶場的土壤由第四紀(jì)紅土發(fā)育形成,全K含量相對(duì)較低,平均值分別為11.2g/kg和15.4g/kg。而金井茶場、湘豐茶場和開慧茶場大都在15.0g/kg以上,都是由花崗巖風(fēng)化物發(fā)育形成的土壤,屬于較高水平;金華茶場的成土母質(zhì)主要為板巖風(fēng)化物,含量較高。各茶葉基地土壤有效鉀含量差異不大,屬于中等水平。金華茶場和省茶科所茶場的平均值分別為99.0mg/kg和96.9mg/kg;其它茶場的平均值都在80.0mg/kg以下,其中以金井茶場的最低,平均值為57.5mg/kg,屬于中下水平。各茶葉基地土壤的緩效鉀含量是較高的,和全鉀含量一樣,受成土母質(zhì)的影響較大。除長春茶場和省茶科所茶場的土壤緩效鉀含量屬于中下水平以外,金井茶場屬于中上水平,平均值為325.2mg/kg;湘豐茶場、開慧茶場和金華茶場的平均值都高于370.0mg/kg,含量較高。3.2土壤肥力質(zhì)量等級(jí)評(píng)價(jià)通過室內(nèi)對(duì)樣品的分析和數(shù)據(jù)的整理,根據(jù)以上9項(xiàng)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)的測定結(jié)果對(duì)茶葉基地進(jìn)行等級(jí)評(píng)定。3.2.1土壤肥力質(zhì)量[1.21.0]療效值根據(jù)評(píng)價(jià)方法的隸屬度函數(shù)公式和轉(zhuǎn)折點(diǎn)的取值,計(jì)算出各項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)的隸屬度值Ni(表4),其值在0.1~1.0范圍之內(nèi),值的大小反映了其隸屬的程度,最大值1.0表示土壤肥力質(zhì)量的最良好狀態(tài),完全適宜作物的生長,最小值0.1表示土壤肥力質(zhì)量的嚴(yán)重缺乏。并為了計(jì)算的方便,將最小值定為0.1而非零,是符合生產(chǎn)實(shí)際的,這就消除了各參數(shù)指標(biāo)間的量綱差異。3.2.2各因子及其它因子的相關(guān)分析根據(jù)9項(xiàng)指標(biāo)的測定結(jié)果,求出單項(xiàng)肥力質(zhì)量指標(biāo)間的相關(guān)系數(shù),得到如下相關(guān)系數(shù)矩陣R。由表5計(jì)算出各因子與其它因子相關(guān)系數(shù)的平均值;求出該平均值占所有肥力質(zhì)量指標(biāo)相關(guān)系數(shù)平均值之和的百分率,由此得到各項(xiàng)肥力指標(biāo)的權(quán)重(Wi)(表6)。3.2.3土壤肥力等級(jí)5根據(jù)公式IFI=∑Wi·Ni計(jì)算出綜合指標(biāo)值,本研究擬定義IFI≥0.75為高等,0.75>IFI≥0.50時(shí)為中上,0.50>IFI≥0.25時(shí)為中下,IFI<0.25時(shí)為低等4個(gè)級(jí)別?？梢缘玫礁鞑枞~基地土壤肥力質(zhì)量的評(píng)定等級(jí)(表7)。湘豐茶場和省茶科所茶場肥力質(zhì)量為Ⅱ級(jí),處于中上水平,長春茶場、金井茶場、開慧茶場和金華茶場均為Ⅲ級(jí),處于中下水平。4茶田茶園土壤養(yǎng)分含量及施肥技術(shù)建議通過對(duì)長沙縣“百里茶廊”的6個(gè)茶葉基地土壤的9項(xiàng)土壤肥力質(zhì)量指標(biāo)的分析研究表明,長沙縣“百里茶廊”的6個(gè)茶葉基地土壤的整體肥力質(zhì)量屬于中等水平,茶葉基地土壤肥力質(zhì)量,其中有1/3處于中上水平,2/3處于中下水平,土壤pH值偏低,全N和全P含量偏低,有機(jī)質(zhì)含量和有效N、P、K含量中等,全K和緩效K含量較高。根據(jù)以上研究結(jié)果,對(duì)研究區(qū)茶葉基地的建設(shè)提出如下建議:(1)增施有機(jī)肥。土壤有機(jī)質(zhì)是土壤各種營養(yǎng)元素的重要來源,使土壤具有保肥力和緩沖性。所評(píng)價(jià)的6個(gè)茶葉基地茶園土壤有機(jī)質(zhì)含量都為中等水平,含量不高,所以應(yīng)增施有機(jī)肥,進(jìn)行土壤覆蓋,防止表土沖刷,合理密植,增加凋落物的數(shù)量,在茶園中間套種綠肥,以提高改善土壤性質(zhì),土壤肥力質(zhì)量。(2)合理施用N、P、K肥。適當(dāng)多施N、P、K肥,因6個(gè)茶葉基地茶園土壤全N和全P含量較低,尤其要重施N肥和P肥。在施肥技術(shù)上要講究科學(xué)施肥,注意N、P和K肥的比例協(xié)調(diào),宜采用分期施肥,基肥、追肥結(jié)合。(3)改良酸性。茶樹是一種喜酸性植物,其生長的最適宜土壤pH值一般為4.0~5.5左右,而所研究的6個(gè)茶葉基地中有相當(dāng)一部分茶葉基地土壤p