基于模糊綜合評判法的茶葉基地土壤肥力質量評價

基于模糊綜合評判法的茶葉基地土壤肥力質量評價

土壤質量是土壤肥力質量、土壤環(huán)境質量和土壤健康質量的綜合評價。它不僅是土壤特性的綜合反映，也是最敏感的指標。因此，它可以反映自然因素和人類活動對土壤的影響。其中,土壤肥力質量是土壤質量的重要組成部分,是指在植物全部生長過程中,土壤同時的、不斷的供應植物以最高水分和養(yǎng)分的能力,以及在光照、溫度、濕度及土壤物理條件及其他因素都適合于特定植物生長時,土壤向該植物以適當的量和平衡的比例供應養(yǎng)分的性能。土壤肥力質量的高低直接影響著作物生長,影響著農業(yè)生產的結構、布局和效益等方面。湖南是我國4個產茶大省之一,其產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基地之一。本研究以長沙縣“百里茶廊”的6個茶葉基地土壤為研究對象,研究與分析各茶葉基地的土壤肥力質量的狀況和變化規(guī)律,并應用相關分析和模糊數學原理,選用9項土壤肥力質量指標,建立綜合評價體系,對其進行合理的評價,為該地區(qū)茶葉產業(yè)的可持續(xù)健康發(fā)展提供科學依據。1主要茶葉生產基地的選取長沙縣“百里茶廊”位于長沙縣東北部的春花、高橋、金井、開慧等9個鄉(xiāng)鎮(zhèn),是長沙縣農村產業(yè)結構調整的重要示范區(qū)。共包括10多個大小不等的茶葉生產基地,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個主要茶葉生產基地為研究對象,并對其進行野外調查和土壤采集。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紅土發(fā)育形成,金華茶場的土壤由板巖風化物發(fā)育形成。按不同的成土母質類型、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,采樣深度0~30cm,共采得土壤樣品86個,每個土壤樣品重1000—1500g。2評價指標和評價方法2.1土壤肥力評價測定方法茶樹對土壤的酸堿度反應很敏感,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。土壤有機質含量是茶園土壤熟化程度和肥力水平的重要指標,較高的有機質含量是獲得高品質茶葉的必需條件。土壤氮、磷、鉀含量對作物的生長至關重要,茶樹也是一樣,且這三種元素的含量多少與比例是否適當,影響到茶葉的生長以及產量和品質的高低。因此,本研究選用土壤pH值、有機質、全N、P、K,有效N、P、K和緩效K等9項土壤肥力質量指標作為評價指標,各項指標的測定方法如下:pH:電位法;有機質: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土壤肥力質量指標的相關關系和調整我國領土遼闊,自然條件多種多樣,土壤肥力質量高低差異很大,給出一個統一的土壤肥力質量評價標準相當困難。結合茶園土壤實際情況,本研究應用FUZZY(模糊)綜合評判法對土壤肥力質量進行數值化的綜合評價。其具體做法是:(1)S型(正相關型)隸屬度函數。大多數土壤肥力質量指標屬于這種類型,如有機質、氮、磷、鉀含量等。作物的效應曲線呈現為S型,即開始時隨著指標值的增加,效應強度上升迅速,達到一定的臨界值后,隨著數量增加,效應值穩(wěn)定在一定水平線上。其隸屬度函數如圖1所示:相應的隸屬度函數為:根據前人研究結果以及結合茶園土壤的實際,確定各指標的隸屬度函數曲線中轉折點的相應取值如表1所示。(2)拋物線型隸屬度函數。作物的效應曲線呈現為拋物線型,即隨著指標值的增加,效應值表現出開始時增加,然后達到最高點,最后下降的情形。如土壤pH值等,其隸屬度函數如圖2所示:據此建立如下隸屬函數:根據茶園土壤的實際情況,確定土壤pH值在隸屬度函數曲線中轉折點的相應取值為:X1=4.0,X2=4.5,X3=6.0,X4=7.0。2.2.2建立國家火各質量指標間相關關系矩陣的矩陣權重是指評價指標對評價對象的影響程度或貢獻率。本研究采用各指標間相關系數來確定權重系數。計算步驟為:(1)求單項肥力質量指標間的相關系數,建立各肥力質量指標間的相關系數矩陣R;(2)計算各因子與其它因子相關系數的平均值;(3)求出該平均值占所有肥力質量指標相關系數平均值之和的百分率即為該單項肥力質量指標在表征土壤肥力質量中的貢獻率,由此可以得出各項肥力指標的權重(Wi)。2.2.3隸屬度值和權重系數根據公式IFI=∑Wi·Ni計算出綜合指標值,Ni和Wi分別表示第i種養(yǎng)分指標的隸屬度值和權重系數。隸屬度值和權重系數值應用MicrosoftExcel軟件進行計算。3研究結果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)境對茶樹生長影響很大。它影響土壤中各種物理和化學反應,對茶樹吸收土壤營養(yǎng)元素的難易有明顯作用。大多數必需的營養(yǎng)元素的有效性與土壤的pH值有關。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,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。土壤有機質是土壤各種營養(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。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構,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,土壤有機質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質含量較低,平均值為13.6g/kg;金井茶場、湘豐茶場和金華茶場土壤有機質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和生長發(fā)育,能促進茶樹養(yǎng)分的吸收和同化作用,是茶葉中氨基酸、蛋白質、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,能促進淀粉和葉綠素的合成,促進茶樹根的生育和養(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,能促進茶樹根的發(fā)育,促進同化作用,調節(jié)蒸騰作用,增強茶樹對凍害、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紅土發(fā)育形成,全K含量相對較低,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主要為板巖風化物,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土壤肥力質量等級評價通過室內對樣品的分析和數據的整理,根據以上9項土壤肥力質量指標的測定結果對茶葉基地進行等級評定。3.2.1土壤肥力質量[1.21.0]療效值根據評價方法的隸屬度函數公式和轉折點的取值,計算出各項肥力質量指標的隸屬度值Ni(表4),其值在0.1~1.0范圍之內,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表示土壤肥力質量的嚴重缺乏。并為了計算的方便,將最小值定為0.1而非零,是符合生產實際的,這就消除了各參數指標間的量綱差異。3.2.2各因子及其它因子的相關分析根據9項指標的測定結果,求出單項肥力質量指標間的相關系數,得到如下相關系數矩陣R。由表5計算出各因子與其它因子相關系數的平均值;求出該平均值占所有肥力質量指標相關系數平均值之和的百分率,由此得到各項肥力指標的權重(Wi)(表6)。3.2.3土壤肥力等級5根據公式IFI=∑Wi·Ni計算出綜合指標值,本研究擬定義IFI≥0.75為高等,0.75>IFI≥0.50時為中上,0.50>IFI≥0.25時為中下,IFI<0.25時為低等4個級別。可以得到各茶葉基地土壤肥力質量的評定等級(表7)。湘豐茶場和省茶科所茶場肥力質量為Ⅱ級,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,處于中下水平。4茶田茶園土壤養(yǎng)分含量及施肥技術建議通過對長沙縣“百里茶廊”的6個茶葉基地土壤的9項土壤肥力質量指標的分析研究表明,長沙縣“百里茶廊”的6個茶葉基地土壤的整體肥力質量屬于中等水平,茶葉基地土壤肥力質量,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,有機質含量和有效N、P、K含量中等,全K和緩效K含量較高。根據以上研究結果,對研究區(qū)茶葉基地的建設提出如下建議:(1)增施有機肥。土壤有機質是土壤各種營養(yǎng)元素的重要來源,使土壤具有保肥力和緩沖性。所評價的6個茶葉基地茶園土壤有機質含量都為中等水平,含量不高,所以應增施有機肥,進行土壤覆蓋,防止表土沖刷,合理密植,增加凋落物的數量,在茶園中間套種綠肥,以提高改善土壤性質,土壤肥力質量。(2)合理施用N、P、K肥。適當多施N、P、K肥,因6個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。在施肥技術上要講究科學施肥,注意N、P和K肥的比例協調,宜采用分期施肥,基肥、追肥結合。(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個茶葉基地中有相當一部分茶葉基地土壤p