王 帥,張 軍,湯正江,王 偉

(安徽省勘查技術(shù)院,安徽 合肥 230041)

安徽省潛山市位于皖西南大別山麓延伸地帶,屬于傳統(tǒng)的山區(qū)農(nóng)業(yè)市縣,生態(tài)環(huán)境優(yōu)越,是全國重點產(chǎn)茶縣市之一,以“天柱劍毫”茶葉為代表的名優(yōu)特產(chǎn)逐漸成為該市經(jīng)濟作物中的重要作物和山區(qū)支柱產(chǎn)業(yè)[1]。潛山市茶葉主要種植在塔畈、水吼、官莊、五廟、槎水、黃柏等鄉(xiāng)鎮(zhèn),茶園面積73.8 km2,2019年茶葉產(chǎn)量為3 400 t,發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)對潛山市經(jīng)濟發(fā)展具有重要意義。目前,潛山市茶產(chǎn)業(yè)尚存在茶園規(guī)模小、基礎(chǔ)差、產(chǎn)量低等問題[2],這制約了潛山市茶產(chǎn)業(yè)的進一步發(fā)展。開展茶葉種植土地適宜性評價是解決上述問題的基礎(chǔ)工作,可為潛山市高標(biāo)準(zhǔn)優(yōu)質(zhì)茶園的建設(shè)提供備選基地,從而擴大茶產(chǎn)業(yè)規(guī)模,提升茶葉綜合生產(chǎn)能力,提高茶園經(jīng)濟效益,推動茶產(chǎn)業(yè)健康、協(xié)調(diào)發(fā)展[3-6]。

目前,安徽省皖南山區(qū)、歙縣、岳西、六安、樅陽、宣城等地區(qū)[7-12]已開展了茶葉種植土地適宜性評價,為當(dāng)?shù)夭枞~生產(chǎn)布局與資源配置提供了可靠依據(jù)。本文參照安徽省內(nèi)其他縣市茶葉種植土地適宜性評價方法,利用潛山市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查評價數(shù)據(jù)、土壤養(yǎng)分及環(huán)境評價成果,從土壤條件、地形條件和地質(zhì)條件等方面出發(fā),基于地理信息系統(tǒng)平臺,采用模糊數(shù)學(xué)分析方法探討了潛山市耕地、園地和林地茶葉種植土地的適宜性,為該市茶葉生產(chǎn)合理布局提供參考。

1 研究區(qū)概況

潛山市位于安徽省西南部大別山東麓,地理坐標(biāo)為:116°14′～116°41′E,30°27～31°04′N,南北長約62 km,東西寬約28 km,總面積1 686.03 km2。潛山市東與桐城市、懷寧縣相鄰,南與望江縣、太湖縣相接,西靠岳西縣,北依舒城縣。該市屬于北亞熱帶氣候,四季分明、氣候溫和、光照充足、雨量豐沛。多年平均氣溫16.2 ℃,多數(shù)年份不出現(xiàn)-10 ℃以下低溫,累年平均相對濕度為77%,累年平均日照時數(shù)為2 075.1 h,累年平均降雨量約1 400 mm。這種自然環(huán)境與氣候條件適宜茶葉生長。

潛山市地貌受構(gòu)造、巖性、氣候、河流等內(nèi)、外地質(zhì)營力作用控制和影響,地勢西北高、東南低,北部及西北部為大別山區(qū),中部為山前丘陵、崗地,東南部為皖水、潛水下游構(gòu)成的沖積平原(圖1)。

1.山地;2.丘陵;3.崗地;4.平原;5.高產(chǎn)茶園;6.一般茶園;7.低產(chǎn)茶園圖1 潛山市地貌圖Fig. 1 Geomorphology of Qianshan City

1.1 北部及西北部大別山區(qū)

主要包括黃柏、槎水、塔畈、官莊、龍?zhí)?、水吼等鄉(xiāng)鎮(zhèn),總面積831.2 km2,占全市總面積的49.3%。區(qū)內(nèi)地貌類型復(fù)雜多樣,以中低山為主。山體坡度一般為20°～30°,局部陡坡達40°～50°。該區(qū)主要出露大別巖群和燕山期中酸性侵入巖類(圖2),主要土壤類型為黃棕壤、棕壤和少量石灰土,成土母質(zhì)主要為酸性侵入巖類殘積-坡積物和碳酸鹽巖類殘積-坡積物(圖3)。

1.第四紀(jì)蕪湖組亞砂土、粉細(xì)砂;2.第四紀(jì)下蜀組黏土、含鐵錳結(jié)核黏土;3.新近紀(jì)砂巖、砂礫巖、礫巖; 4.白堊紀(jì)砂礫巖、粉砂巖;5.大別巖群變質(zhì)表殼巖、變形變質(zhì)侵入體;6.燕山期中酸性侵入巖類;7.斷層;8.地質(zhì)界線圖2 潛山市地質(zhì)圖Fig. 2 Geology of Qianshan City

1.2 中部山前丘陵及崗地

山前丘陵主要位于潛山市中部,沿大別山呈條帶狀分布,上接大別山脈,下連崗地平原,海拔100～400 m,主要位于余井、黃鋪、痘姆、源潭等鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積166.9 km2,占全市面積的9.9%。該區(qū)主要土壤類型為紅壤,成土母質(zhì)主要為中酸性侵入巖類殘積-坡積物。

1.紅壤;2.黃棕壤;3.棕壤;4.潮土;5.紫色土;6.石灰土;7.水稻土圖3 潛山市土壤類型分布圖Fig. 3 Different soil types in Qianshan City

崗地海拔40～100 m,分布于桐城—太湖斷裂帶東南部,主要位于源潭、余井、梅城、黃鋪、王河等鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積403 km2,占全市總面積的23.9%。該區(qū)主要出露白堊系—新近系及少量第四系。該區(qū)主要土壤類型為紫色土,成土母質(zhì)主要為新近系碎屑巖類風(fēng)化物、第四系黏土和砂土。

1.3 東南部沖積平原

主要位于王河、梅城、油壩、黃泥等鄉(xiāng)鎮(zhèn),面積284.9 km2,占全市總面積的16.9%。該區(qū)主要分布第四系沉積物。地勢坦蕩低洼,起伏小,河流縱橫交織,塘堰星羅棋布,海拔40 m以下。該區(qū)主要土壤類型為水稻土和潮土,成土母質(zhì)主要為河流沖積物。

2 土壤分布特征

根據(jù)本次潛山市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果,潛山市耕地、園地、林地土壤以酸性土壤為主(圖4),中性土壤面積僅約9 km2,無堿性土壤。pH值為4.5～5.5的土壤面積為1 121.85 km2,在全區(qū)廣泛分布;pH值為5.5～6.5的土壤面積為288.69 km2,主要分布在官莊鎮(zhèn)、黃柏鎮(zhèn)、源潭鎮(zhèn)、龍?zhí)多l(xiāng)以及東南部皖水河兩岸;pH值為4～4.5的土壤面積為2.55 km2,主要分布在官莊鎮(zhèn),pH值<4的土壤面積約0.07 km2,僅分布在余井鎮(zhèn)。

1.pH值<4;2. 4≤pH值<5;3. 4.5≤pH值<5.5;4. 5.5≤pH值<6.5;5. pH值≥6.5圖4 潛山市土壤pH值等級圖Fig. 4 pH value grade of soil in Qianshan City

本次潛山市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明,潛山市主要以中等養(yǎng)分土壤和養(yǎng)分較缺乏土壤為主,其中中等養(yǎng)分土壤面積約700 km2,占評價區(qū)總面積的49.16%,主要分布在余井鎮(zhèn)、塔畈鄉(xiāng)、源潭鎮(zhèn)、梅城鎮(zhèn)、王河鎮(zhèn)、油壩鄉(xiāng)(圖5);養(yǎng)分較缺乏土壤面積約563 km2,占評價區(qū)總面積的39.54%,主要分布在塔畈鄉(xiāng)、源潭鎮(zhèn)、天柱山鎮(zhèn)、五廟鄉(xiāng)、黃鋪鎮(zhèn)、痘姆鄉(xiāng);養(yǎng)分豐富和較豐富的土壤面積分別為2 km2和118 km2,分別占評價區(qū)總面積的0.16%和8.31%,主要分布在官莊鎮(zhèn)、黃柏鎮(zhèn)和槎水鎮(zhèn);養(yǎng)分缺乏的土壤面積約40 km2,占評價區(qū)總面積的2.83%,主要分布在五廟鄉(xiāng)、痘姆鄉(xiāng)和黃鋪鎮(zhèn)。研究區(qū)土地利用方式以水田和有林地為主,其次為旱地和園地,本次潛山市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查結(jié)果表明,潛山市土壤環(huán)境以無風(fēng)險土壤為主,面積約1 380 km2,占評價區(qū)總面積的96.89%,在全市均有分布;風(fēng)險可控土壤面積約44 km2,占評價區(qū)總面積的3.06%,主要分布在官莊鎮(zhèn)、黃柏鎮(zhèn)、源潭鎮(zhèn)、龍?zhí)多l(xiāng)等地區(qū)(圖6),土地利用方式以有林地為主,其次為水田、旱地和園地;風(fēng)險較高的土壤分布面積不足1 km2,占評價區(qū)總面積的0.04%,主要分布在痘姆鄉(xiāng),土地利用類型以有林地為主。

潛山市優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園主要分布于潛山市西北部官莊鎮(zhèn)、塔畈鄉(xiāng)、黃柏鎮(zhèn)和槎水鎮(zhèn)等地區(qū),畝產(chǎn)一般>50 kg,最高可達150 kg以上,代表性茶園如塔畈鄉(xiāng)彭河茶場、倪河茶場、西河茶場。潛山市低產(chǎn)茶園主要分布于五廟鄉(xiāng)、水吼鎮(zhèn)、痘姆鄉(xiāng)等地,畝產(chǎn)多數(shù)<30 kg,最低<5 kg。潛山市典型優(yōu)質(zhì)茶園土壤、地形、地質(zhì)條件見表1。

表1 潛山市典型優(yōu)質(zhì)茶園土地條件

3 研究方法

3.1 技術(shù)路線

以潛山市土地質(zhì)量地球化學(xué)調(diào)查數(shù)據(jù)和第二次全國土地調(diào)查相關(guān)數(shù)據(jù)建立潛山市土地數(shù)據(jù)資料基礎(chǔ)空間數(shù)據(jù)庫和屬性數(shù)據(jù)庫。通過查閱茶葉種植文獻和咨詢專家篩選潛山市土地的評價指標(biāo),采用層次分析法計算單因子權(quán)重,采用模糊評價法建立隸屬度函數(shù),最后計算潛山市茶葉種植適宜性評價綜合指數(shù)。

1.豐富—較豐富區(qū);2.中等區(qū);3.較缺乏區(qū);4.缺乏區(qū)圖5 潛山市土壤養(yǎng)分綜合等級圖Fig. 5 Comprehensive grade map of soil nutrients in Qianshan City

1.無風(fēng)險區(qū);2.風(fēng)險可控區(qū);3.風(fēng)險較高區(qū)圖6 潛山市土壤環(huán)境綜合等級圖Fig. 6 Comprehensive grade map of soil environment in Qianshan City

3.2 篩選評價指標(biāo)

茶葉是典型的亞熱帶植物,具有喜光怕曬、喜暖怕寒、喜酸怕堿、喜濕怕澇等特征[13],其生長環(huán)境條件與土地條件中的土壤、地形和地質(zhì)等因素密切相關(guān)[14]。

3.2.1 土壤

與茶葉密切相關(guān)的土壤條件包括土壤酸堿度(pH值)、肥力、質(zhì)地、類型、環(huán)境等[15-16]。茶葉對土壤酸堿度極為敏感,適宜茶葉生長的土壤pH值為4.0～6.5,最佳pH值為4.5～5.5[17]。茶葉對土壤養(yǎng)分要求較高,土壤養(yǎng)分對茶葉生長發(fā)育影響顯著[18-19]。土壤質(zhì)地可通過影響土壤中水、肥、氣的供應(yīng)狀態(tài)直接影響茶葉根系生長,進而影響茶葉根系吸收利用養(yǎng)分的能力[20]。根據(jù)潛山市優(yōu)質(zhì)茶園茶葉種植經(jīng)驗,一般以砂壤土為宜,砂性過強的土壤保水、保肥能力弱,質(zhì)地過黏的土壤通氣性差,均不利于茶葉生長。適宜茶葉生長的土壤類型較多,但土壤類型與土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分關(guān)系較密切。土壤環(huán)境密切影響茶葉生長,茶園土壤受污染時,茶葉的產(chǎn)量與品質(zhì)會明顯降低[21]。

土壤養(yǎng)分與環(huán)境以二調(diào)圖斑為評價單元,土壤養(yǎng)分綜合等級評價參照《DZ/T 0295—2016土地質(zhì)量地球化學(xué)評價規(guī)范》[22],土壤環(huán)境綜合等級評價參照《GB5618—2018土壤環(huán)境質(zhì)量農(nóng)用地土壤污染風(fēng)險管控標(biāo)準(zhǔn)(試行)》[23]中的Cd、Hg、As、Pb等8項重金屬含量的土壤污染風(fēng)險篩選值和管制值。本研究以茶園為對象,因此風(fēng)險篩選值采用其他分級標(biāo)準(zhǔn)[24],在單元素等級劃分的基礎(chǔ)上評價每個圖斑的土壤環(huán)境地球化學(xué)綜合等級。

3.2.2 地形

主要包括海拔、坡度、坡向等。隨著海拔升高,氣溫和濕度均明顯變化。在一定高度的山區(qū),雨量充沛,云霧多,空氣濕度大,漫射光強,這對茶葉生育有利,但在1 000 m以上會有凍害[25]。偏南坡為好,坡度不宜太大,一般要求30°以下[26]。潛山市海拔、坡度、坡向數(shù)據(jù)利用ArcGIS軟件提取遙感數(shù)字高程模型數(shù)據(jù)分析獲得[27]。

3.2.3 地質(zhì)

地質(zhì)條件主要表現(xiàn)為巖性對土壤母質(zhì)的影響。不同巖性所含微量元素種類不同,對于優(yōu)質(zhì)茶葉的生長存在差異性。中酸性巖類風(fēng)化物母質(zhì)土壤質(zhì)地疏松、養(yǎng)分充足,最適宜種植茶葉,其次為深變質(zhì)巖類、片麻巖類風(fēng)化物母質(zhì),最后為其他母質(zhì)[28]?？紤]茶葉生長、產(chǎn)量和質(zhì)量情況,總結(jié)該區(qū)優(yōu)質(zhì)茶園土地條件、查閱文獻、咨詢茶農(nóng)及茶葉專家,建立潛山市茶葉種植土地適宜性評價指標(biāo)體系見表2。

表2 潛山市茶葉種植土地適宜性評價指標(biāo)體系

3.3 確定因子權(quán)重及隸屬度

采用層次分析法(AHP)和模糊數(shù)學(xué)法開展?jié)撋绞胁枞~種植土地適宜性評價,構(gòu)建層次分析結(jié)構(gòu)模型,篩選參評指標(biāo)并計算其權(quán)重表[29-30]。潛山市茶葉種植土地適宜性評價指標(biāo)權(quán)重見表3。對于定性因子(如土壤質(zhì)地、土壤類型、土壤母質(zhì))直接采用專家打分法獲取隸屬度;對于定量因子(如pH值,海拔等)采用模糊數(shù)學(xué)方法獲取隸屬度,依據(jù)各評價因子的影響程度建立隸屬函數(shù),求得各評價因子的隸屬度[31-33]。

表3 潛山市茶葉種植土地適宜性評價指標(biāo)權(quán)重

3.4 計算茶葉種植土地適宜性評價綜合指數(shù)

茶葉種植土地適宜性評價綜合指數(shù)計算公式為

(1)

式中:IFI為適宜性綜合指數(shù);n為評價因子數(shù);Pi為第i個評價因子的權(quán)重;Xi為評價單元在第i個評價因子的隸屬度,取值0.1～1.0。

通過計算得出潛山市茶葉種植適宜性綜合指數(shù)最大值為0.921 9,最小值為0.209 1。采用ArcGIS自然間斷點分級法(jenks)將茶葉種植適宜性綜合指數(shù)劃分為4個等級,分別為高度適宜區(qū)、中度適宜區(qū)、一般適宜區(qū)和不適宜區(qū)(表4)。

表4 潛山市茶葉種植土地適宜性評價分級結(jié)果

4 評價結(jié)果

4.1 高度適宜區(qū)

潛山市茶葉種植高度適宜區(qū)面積370.10 km2,占研究區(qū)面積的26%,主要分布在官莊鎮(zhèn)、水吼鎮(zhèn)、槎水鎮(zhèn)、塔畈鄉(xiāng)、龍?zhí)多l(xiāng)等鄉(xiāng)鎮(zhèn)(圖7,表5),土壤類型以黃棕壤、棕壤為主,土壤質(zhì)地以砂壤土為主,土壤養(yǎng)分以較豐富-中等為主,土壤環(huán)境無風(fēng)險。土壤pH值為4.5～6.5,海拔200～600 m,局部海拔600～800 m。坡度多為15°～25°,坡向東南、南、西南。巖性主要為大別巖群變形變質(zhì)侵入體和燕山期中酸性侵入巖類,土壤母質(zhì)大部分為酸性巖類風(fēng)化物。潛山市中部和平村—天柱山及北部官莊鎮(zhèn)駝嶺林場一帶土壤Se含量較高(>0.4×10-6,達到富硒土地標(biāo)準(zhǔn)),具有培育富Se茶葉的天然優(yōu)勢。因此,可以在天柱山茶場、塔畈鄉(xiāng)彭河茶場、西河茶場、倪河茶場等優(yōu)質(zhì)茶場現(xiàn)有茶園基礎(chǔ)上發(fā)展優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)富Se茶葉。

1.高度適宜區(qū);2.中等適宜區(qū);3.一般適宜區(qū);4.不適宜區(qū);5.高產(chǎn)茶園;6.一般茶園;7.低產(chǎn)茶園圖7 潛山市茶葉種植土地適宜性等級圖Fig. 7 Land suitability grade for tea planting in Qianshan City

4.2 中等適宜區(qū)

潛山市茶葉種植中等適宜區(qū)面積為423.97 km2,占研究區(qū)面積的29.79%。中等適宜區(qū)在研究區(qū)北部到南部均有分布,主要分布于官莊鎮(zhèn)、槎水鎮(zhèn)、水吼鎮(zhèn)等地區(qū)(圖7,表5),土壤類型主要為黃棕壤,局部為棕壤,土壤質(zhì)地以砂壤土為主,土壤養(yǎng)分以中等—較缺乏為主,土壤環(huán)境無風(fēng)險。土壤pH值為4.5～6.5,海拔主要為100～200 m或600～800 m,部分地段海拔>800 m。坡度主要為5°～15°,坡向以西南坡、東南坡、東坡、西坡為主。巖性主要為大別巖群變形變質(zhì)侵入體和燕山期中酸性侵入巖類。土壤母質(zhì)主要為深變質(zhì)巖類風(fēng)化物,局部為酸性巖類風(fēng)化物。該區(qū)土壤條件稍次于高度適宜區(qū),可通過改善土壤養(yǎng)分、提升茶葉種植技術(shù)來提高茶葉品質(zhì),可規(guī)劃為綠色無公害茶葉產(chǎn)地,官莊茶場、槎水鎮(zhèn)茶場即位于該區(qū)內(nèi)。

4.3 一般適宜區(qū)

潛山市茶葉種植一般適宜區(qū)面積222.58 km2,占研究區(qū)面積的15.64%。該區(qū)主要分布在研究區(qū)南部五廟鄉(xiāng)、龍?zhí)多l(xiāng)、痘姆鄉(xiāng),北部源潭鎮(zhèn)等地區(qū)(圖7,表5),多分布在山體北坡、西北坡,部分位于河流岸邊地帶。該區(qū)地勢較低,海拔以<100 m為主,少數(shù)地區(qū)海拔>800 m。坡度較緩或較陡。土壤pH值多為4.0～4.5或5.5～6.5,土壤養(yǎng)分以中等-較缺乏為主,土壤環(huán)境總體較好。巖性主要為大別巖群變形變質(zhì)侵入體。土壤母質(zhì)以深變質(zhì)巖類風(fēng)化物為主。土壤類型主要為黃棕壤,土壤質(zhì)地為砂土、砂壤土。該區(qū)土地條件相對較差,不宜首選為茶園開發(fā)。

4.4 不適宜區(qū)

潛山市茶葉種植不適宜區(qū)面積為406.55 km2,占研究區(qū)總面積的28.57%,主要分布于東部、東南部崗地及平原,少數(shù)分布于山間河谷谷底及兩側(cè)(圖7,表5),現(xiàn)多種植水稻。巖性包括第四系亞砂土、粉細(xì)砂、黏土,新近系砂巖、砂礫巖、礫巖及白堊系砂礫巖、粉砂巖。土壤母質(zhì)主要為河流沖積物、下蜀組黃土、紅色碎屑巖類風(fēng)化物等。土壤類型以水稻土、紫色土和紅壤為主,土壤pH值較高或較低。潛山市東南部崗地土壤養(yǎng)分較高,茶葉產(chǎn)量中等,由于崗地海拔較低,茶葉品質(zhì)稍次。潛山市東部平原和西部山間谷底,海拔低,易受水澇災(zāi)害,不利于茶葉生長,對茶葉產(chǎn)量和品質(zhì)產(chǎn)生較大影響。因此,應(yīng)盡量避免在不適宜區(qū)域建設(shè)茶園。

表5 潛山市茶葉種植適宜區(qū)統(tǒng)計結(jié)果

5 討論

本次潛山市茶葉種植土地適宜性評價符合潛山市茶產(chǎn)業(yè)發(fā)展實際情況。潛山市優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶園均位于塔畈鄉(xiāng)、官莊鎮(zhèn)、槎水鎮(zhèn)的高度適宜區(qū)和中等適宜區(qū),低產(chǎn)茶園多位于五廟鄉(xiāng)、梅城鎮(zhèn)的一般適宜區(qū)和不適宜區(qū)。

在官莊鎮(zhèn)、塔畈鄉(xiāng)、槎水鎮(zhèn)、水吼鎮(zhèn)等地區(qū),高度適宜區(qū)和中等適宜區(qū)連片分布,且該區(qū)倪河村茶場和西河村廣溪園茶場等優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)茶場已初具規(guī)模,具有較好的茶葉種植基礎(chǔ)。因此,可選擇這些茶園周邊的高度適宜區(qū)和中等適宜區(qū)適度擴大茶葉種植范圍,壯大茶產(chǎn)業(yè)規(guī)模。五廟鄉(xiāng)、痘姆鄉(xiāng)以及東南部平原和崗地等低海拔地區(qū),多數(shù)為茶葉種植的不適宜區(qū)和一般適宜區(qū),該區(qū)茶葉產(chǎn)量較低、品質(zhì)較差,經(jīng)濟效益較差,可將該區(qū)內(nèi)茶葉改種為水稻、油菜、瓜蔞、油茶、桑樹等其他農(nóng)作物。除土地條件外,開展茶葉種植還應(yīng)關(guān)注小氣候條件和社會經(jīng)濟等因素[34]。實際茶園布局規(guī)劃時,可在本次研究基礎(chǔ)上進一步修正完善評價體系。

6 結(jié)論

(1)潛山市茶葉種植高度適宜區(qū)和中度適宜區(qū)面積分別為370.10 km2和423.97 km2,分別占研究區(qū)面積的26.00%和29.79%。高度適宜區(qū)主要分布在中西部水吼鎮(zhèn)、龍?zhí)多l(xiāng)和北部的官莊鎮(zhèn)、塔畈鄉(xiāng)、黃柏鎮(zhèn)和槎水鎮(zhèn),在西南部五廟鄉(xiāng)零星分布;中度適宜區(qū)主要分布在槎水鎮(zhèn)、五廟鄉(xiāng)、水吼鎮(zhèn)、龍?zhí)多l(xiāng)等地區(qū)。

(2)潛山市東南部平原地形低洼易受水澇,土壤類型多為水稻土,地質(zhì)條件不利于茶葉生長,不適宜茶葉種植。