(福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點實驗室，武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建 武夷山 354300) (武夷學(xué)院土木工程與建筑學(xué)院，福建 武夷山 354300) 福建省生態(tài)產(chǎn)業(yè)綠色技術(shù)重點實驗室，武夷學(xué)院生態(tài)與資源工程學(xué)院，福建武夷山354300

土壤是茶樹賴以生存的物質(zhì)基礎(chǔ)，對茶樹高質(zhì)、優(yōu)產(chǎn)、高效至關(guān)重要[1]，其中土壤有機(jī)質(zhì)(soil organic matter，SOM)是土壤肥力的重要組成部分，是反映茶園土壤熟化程度和肥力水平高低的重要指標(biāo)[2]，SOM含量的高低直接影響茶樹生長發(fā)育以及茶葉的產(chǎn)量和品質(zhì)。我國優(yōu)質(zhì)名茶產(chǎn)地SOM含量都在20g/kg以上[3]。土壤在形成和演化過程中受多種時空尺度環(huán)境因素(如氣候、土地利用、海拔、地貌地形等)的控制，因此SOM具有復(fù)雜的空間變異性和非平穩(wěn)性[4,5]。隨著GIS技術(shù)的發(fā)展，將其與地統(tǒng)計學(xué)相結(jié)合的研究方法已經(jīng)成為熱點[6]，趙汝東等[7]、陳琳等[8]、鄧小華等[9]、李枝樺等[10]對農(nóng)田SOM的空間分異特征進(jìn)行了研究，對農(nóng)業(yè)生產(chǎn)起到了一定的指導(dǎo)作用。關(guān)于茶園SOM的空間分布已有大量研究[3，11～13]，但目前尚無有關(guān)武夷山市茶園SOM空間分布特征研究的報道。

武夷山市作為我國重要的茶產(chǎn)地，生產(chǎn)的武夷巖茶被贊譽為“茶中之王”，是中國十大名茶之一。武夷巖茶是地理標(biāo)志保護(hù)產(chǎn)品，保護(hù)范圍限于《地理標(biāo)志產(chǎn)品保護(hù)規(guī)定》批準(zhǔn)的范圍，即福建省武夷山市所轄行政區(qū)域范圍[14]。武夷巖茶獨具神韻,素負(fù)盛名,蜚聲中外,主要是源于其優(yōu)異的品質(zhì)[15]。武夷山茶業(yè)在中國的茶葉市場中具有不可或缺的地位，同時也是閩北地區(qū)重要的經(jīng)濟(jì)支柱產(chǎn)業(yè)。為此，以武夷巖茶不同種植區(qū)土壤為研究對象，探討表層土壤(0～20cm) SOM的空間分布特征，一方面可充實武夷巖茶土壤研究的相關(guān)內(nèi)容，另一方面可為武夷巖茶的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 樣品采集與處理

圖1 采樣點的分布

通過實地踏查，選擇具有代表性且成片性較好的茶園作為研究區(qū)域。2018年10月14日至11月4日(冬茶采收基本結(jié)束，茶園未施肥之前)在福建省武夷山市境內(nèi)星村鎮(zhèn)、五夫鎮(zhèn)、興田鎮(zhèn)、吳屯鄉(xiāng)、嵐谷鄉(xiāng)、洋莊鄉(xiāng)、武夷學(xué)院茶學(xué)科教基地、武夷山風(fēng)景區(qū)(簡稱景區(qū))等茶園種植區(qū)，根據(jù)茶園的種植面積大小布設(shè)采樣點數(shù)量，每個采樣點s形布設(shè)取樣點5個，混合成一個樣品。采樣深度0～20cm，共采集茶園土樣266份(圖1)。同時記錄樣點的植被情況、土壤類型、地形狀況、周圍環(huán)境等信息以及GPS地理坐標(biāo)，茶園的經(jīng)營管理措施通過咨詢茶農(nóng)獲取。土壤樣品帶回實驗室在揀去石礫、植物根系和大于2mm的碎屑后自然風(fēng)干，過0.149mm篩后儲藏備用， SOM含量采用重鉻酸鉀容量法測定。

1.2 數(shù)據(jù)處理

采用IBM SPSS Statistics 22.0對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，運用GS+9.0進(jìn)行半方差函數(shù)分析，利用ArcGIS 10.5繪制空間分布圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 武夷山市茶園SOM含量的描述性統(tǒng)計分析

從SOM含量的描述性統(tǒng)計(見表1)可以看出，武夷山市不同種植區(qū)茶園SOM的平均含量大小表現(xiàn)為興田鎮(zhèn)(50.98g/kg)>武夷學(xué)院(43.45g/kg)>洋莊鄉(xiāng)(39.44g/kg)>星村鎮(zhèn)(37.55g/kg)>嵐谷鄉(xiāng)(35.08g/kg)>武夷山風(fēng)景區(qū)(32.91g/kg)>吳屯鄉(xiāng)(32.57g/kg)>五夫鎮(zhèn)(28.64g/kg)。依據(jù)全國第2次土壤普查的土壤有機(jī)質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn)[16]，武夷山市不同茶園SOM含量在五級及以上每個等級基本均有分布，在三級及以上分布的比例較大。興田鎮(zhèn)和武夷學(xué)院茶園SOM含量一、二級偏多，占到樣本總數(shù)85%以上，而五夫鎮(zhèn)的一、二級僅占到樣本總數(shù)36%，導(dǎo)致平均值較低，其他茶園的分布相對較為分散。從平均值來看，興田鎮(zhèn)和武夷學(xué)院茶園SOM含量處于一級(極高)水平，五夫鎮(zhèn)的處于三級(中等偏上)水平，其余茶園的處于二級(高)水平，而整個武夷山市的茶園土壤SOM含量(37.24g/kg)處于二級(高)水平。武夷山市的不同茶園土壤0～20cm表層SOM含量約92%達(dá)到國家綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 391—2013)中園地土壤的肥力Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)(>20g/kg)，約98%達(dá)高產(chǎn)茶園的標(biāo)準(zhǔn)(>15g/kg)。

變異系數(shù)(CV)反映樣本數(shù)據(jù)的離散程度，一般情況下，CV≤10%為較弱空間變異性，10%

表1 武夷山市茶園SOM含量描述性統(tǒng)計結(jié)果

2.2 武夷山市茶園SOM含量與其他地區(qū)的差異性分析

武夷山市不同種植區(qū)茶園SOM含量及變異系數(shù)(見表1)與江浙地區(qū)不同鄉(xiāng)鎮(zhèn)[3]的較為接近，土壤有機(jī)質(zhì)都屬于中等變異。

武夷山市茶園SOM含量的平均值為37.24g/kg，浙江省松陽縣、江西省南昌縣、湖北省秭歸縣和云南省景洪市的平均值為17.17～31.51g/kg[18～21]，而陜西省商南縣的平均值僅為5.79g/kg[1]，相比而言，武夷山市茶園SOM含量相對較高。武夷山市茶園SOM含量的變異系數(shù)為37.69%，與浙江省松陽縣、江西省南昌縣、湖北省秭歸縣和云南省景洪市都屬于中等變異，而陜西省商南縣的變異系數(shù)為9.93%，屬于弱變異性。

2.3 半方差函數(shù)的擬合

半方差函數(shù)的計算一般要求數(shù)據(jù)符合正態(tài)或近似正態(tài)分布[22～25]。茶園SOM含量的數(shù)據(jù)K-S檢驗(P<0.05，2-tailed)結(jié)果顯示，將武夷山市8個種植區(qū)數(shù)據(jù)對數(shù)轉(zhuǎn)換后均符合正態(tài)分布。通過GS+9.0對武夷山市不同種植區(qū)茶園的SOM含量數(shù)據(jù)進(jìn)行半方差函數(shù)分析，擬合參數(shù)詳見表2。武夷山市不同種植區(qū)茶園SOM含量的擬合模型不同：武夷山風(fēng)景區(qū)、吳屯鎮(zhèn)和興田鎮(zhèn)為球形模型，嵐谷鄉(xiāng)為線性模型，五夫鎮(zhèn)、星村鎮(zhèn)和洋莊鄉(xiāng)為高斯模型，武夷學(xué)院為指數(shù)模型。

表2 半方差函數(shù)擬合參數(shù)

半方差函數(shù)的塊金值主要反映實驗誤差和小于實際取樣尺度引起的變異等隨機(jī)部分引起的空間變異程度，基臺值主要反映包括隨機(jī)變異和結(jié)構(gòu)變異在內(nèi)的總體的變異程度[26]，而基底效應(yīng)(塊基比)，即塊金值與基臺值之比，表示由隨機(jī)部分引起的空間變異性占總體變異的比例[27]。通常塊基比小于0.25時，結(jié)構(gòu)因子引起的空間變異占比較高，介于0.25～0.75時，表示空間變異受結(jié)構(gòu)因子的影響為中等；大于0.75時，則是隨機(jī)因子引起的空間變異所占比例較高[28,29]。

由表4可知，洋莊鄉(xiāng)的塊基比為0.0345，遠(yuǎn)小于0.25，具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，在一定程度上反映洋莊鄉(xiāng)的茶園SOM含量受土壤類型、成土母質(zhì)、地形條件、氣候等環(huán)境作用的結(jié)構(gòu)性因素引起的空間自相關(guān)變異性占到總變異的 95%以上；嵐谷鄉(xiāng)的塊基比為1，大于0.75，說明嵐谷鄉(xiāng)的茶園SOM空間相關(guān)性較弱，且空間變異的來源受采樣、檢測、施肥、耕作措施、種植制度等隨機(jī)因素引起的空間變異較大。武夷山市其他6個種植區(qū)的塊基比為0.25～0.75，具有中等的空間相關(guān)性。

變程是半方差達(dá)到基臺值時相應(yīng)的距離，代表SOM的自相關(guān)范圍，SOM在變程范圍內(nèi)具有空間自相關(guān)性,在變程范圍外則沒有。武夷山市8個研究區(qū)的茶園SOM變程由大到小依次為星村鎮(zhèn)>武夷山風(fēng)景區(qū)>武夷學(xué)院>五夫鎮(zhèn)>吳屯鄉(xiāng)>興田鎮(zhèn)>嵐谷鄉(xiāng)>洋莊鄉(xiāng)(見表2)，說明影響不同種植區(qū)茶園SOM含量的過程作用在不同的尺度上[30]。

2.4 武夷山市茶園SOM空間分布特征

圖2 武夷山市茶園SOM含量的空間分布

武夷山市茶園SOM的空間分布[31～33]如圖2所示，SOM含量極高(大于40g/kg)的地方主要集中在南部的興田鎮(zhèn)和中部的武夷學(xué)院，西北部SOM含量中等，東部SOM含量相對較低。經(jīng)調(diào)查走訪發(fā)現(xiàn)，地處東部的嵐谷鄉(xiāng)、吳屯鄉(xiāng)和五夫鎮(zhèn)的茶產(chǎn)業(yè)在當(dāng)?shù)氐霓r(nóng)業(yè)生產(chǎn)中所占的比重較小，在茶產(chǎn)業(yè)中的投入相對較少，致使東部鄉(xiāng)鎮(zhèn)茶園SOM含量較低。

南部的興田鎮(zhèn)近幾年對茶產(chǎn)業(yè)的投入逐年增加，可能是茶園SOM含量高值區(qū)多分布在南部興田鎮(zhèn)的原因之一。武夷學(xué)院的茶學(xué)科教基地面積相對較小且茶園分布比較集中，園內(nèi)布設(shè)水土流失綜合治理的坡改梯工程，部分茶園套種烏桕、丹桂、花石榴等，套種模式下植物、落葉等殘體積累更多，有利于有機(jī)質(zhì)的積累；同時在梯壁和梯埂種植麥冬、白花葛、紫葉酢醬草等可有效防止水土流失，從而防止有機(jī)質(zhì)缺失，提升了茶園的環(huán)境質(zhì)量，提高了SOM含量。西部的星村鎮(zhèn)是中國烏龍茶和紅茶的發(fā)源地，是“福建產(chǎn)茶明星鄉(xiāng)鎮(zhèn)”，有“武夷巖茶第一鎮(zhèn)”之稱，其茶園多屬于大型茶場和大承包戶的茶園，由于大規(guī)模種植的大型茶場種植施肥和經(jīng)營管理比較科學(xué)有效且投入較多，茶園SOM含量相對較高。武夷山風(fēng)景區(qū)是武夷巖茶正巖產(chǎn)區(qū)，武夷山正巖茶園面積有限，資源珍貴，正巖茶園的產(chǎn)區(qū)較為零散，產(chǎn)區(qū)內(nèi)道路崎嶇，交通不便，有的茶園因此減少了有機(jī)肥施用數(shù)量，結(jié)果導(dǎo)致景區(qū)內(nèi)茶園土壤SOM含量相對較低。

圖3 武夷山市茶園SOM含量與海拔的關(guān)系

全市茶園SOM含量大于40g/kg的采樣點占34%，30～40g/kg的占33%，20～30g/kg的占25%，小于20g/kg的僅占8%，因此武夷山市茶園SOM含量處于整體偏高的狀況。

2.5 武夷山市茶園SOM含量與海拔高度的相關(guān)性分析

地形差異是造成SOM含量差異的主要因素之一，對采樣區(qū)域的平均海拔與SOM的平均含量進(jìn)行相關(guān)性分析，如圖3所示。由圖3可知，茶園SOM含量與取樣點的海拔高度的呈一定的負(fù)相關(guān)，但差異不顯著，這與楊如興等[34]、王軍等[35]、張建杰等[36]的研究結(jié)果一致，但與王宗明等[37]、李超等[38]、張偉等[39]的結(jié)論不一致，這可能與研究區(qū)域茶園的地理氣候、生態(tài)環(huán)境、土壤特點及培肥措施等不同有關(guān)。長期或大量施用化肥會導(dǎo)致土壤和茶葉的鮮葉質(zhì)量下降并可能進(jìn)一步造成環(huán)境污染。將化肥與有機(jī)肥配合施用，在有效增加土壤肥力的同時可以保持土壤質(zhì)量。武夷山部分茶企從提升茶葉質(zhì)量和保護(hù)環(huán)境可持續(xù)發(fā)展的角度出發(fā)，對茶園土壤只施用有機(jī)肥。但在高海拔區(qū)域，由于交通原因?qū)е率┯糜袡C(jī)肥的成本可能會大大增加，因此有的茶園減少了有機(jī)肥的施用量，這可能是分布在較高海拔區(qū)域的茶園SOM含量有下降趨勢的原因之一。

3 結(jié)論

1)武夷山市8個種植區(qū)茶園SOM的平均含量大小表現(xiàn)為興田鎮(zhèn)(50.98g/kg)>武夷學(xué)院(43.45g/kg)>洋莊鄉(xiāng)(39.44g/kg)>星村鎮(zhèn)(37.55g/kg)>嵐谷鄉(xiāng)(35.08g/kg)>武夷山風(fēng)景區(qū)(32.91g/kg)>吳屯鄉(xiāng)(32.57g/kg)>五夫鎮(zhèn)(28.64g/kg)。武夷山市茶園SOM的平均含量(37.24g/kg)處于二級(高)水平(全國第二次土壤普查的土壤有機(jī)質(zhì)分級標(biāo)準(zhǔn))。其中約92%的樣品達(dá)到國家綠色食品產(chǎn)地環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)(NY/T 391—2013)中園地土壤的肥力Ⅰ級標(biāo)準(zhǔn)(>20g/kg)，約98%達(dá)高產(chǎn)茶園的標(biāo)準(zhǔn)(>15g/kg)。

2)武夷山市茶園SOM含量的變異系數(shù)介于22.75%～48.70%之間，屬于中等空間變異。不同茶園SOM數(shù)據(jù)對數(shù)轉(zhuǎn)換后均符合正態(tài)分布，武夷山風(fēng)景區(qū)、吳屯鎮(zhèn)和興田鎮(zhèn)茶園SOM空間分布為球形模型，嵐谷鄉(xiāng)為線性模型，五夫鎮(zhèn)、星村鎮(zhèn)和洋莊鄉(xiāng)為高斯模型，武夷學(xué)院為指數(shù)模型。武夷山風(fēng)景區(qū)、武夷學(xué)院和星村鎮(zhèn)茶園SOM空間自相關(guān)距離較大，分別為 2.172、2.11、 2.58km，其他種植區(qū)茶園SOM空間自相關(guān)距離相對較小。洋莊鄉(xiāng)的塊基比為0.0345，具有強(qiáng)烈的空間相關(guān)性，表明其空間變異受結(jié)構(gòu)性因素影響較大；嵐谷鄉(xiāng)的塊基比為1，空間相關(guān)性較弱，說明受隨機(jī)因素引起的空間變異較大，其他6個種植區(qū)的塊基比為0.25～0.75，具有中等的空間相關(guān)性。

3)武夷山市茶園SOM含量極高(大于40g/kg)的地方主要集中在南部的興田鎮(zhèn)和中部的武夷學(xué)院，其次是西部，東部相對較低。茶園SOM含量與取樣點的海拔高度呈一定的負(fù)相關(guān)，但差異不顯著。