毛娟 旺杰次仁 羅英 吳金次仁 李青 高彪 王文海 王法通 王文華

摘要：為探究高原條件下林芝茶園的土壤肥力，應用主成分分析法與聚類分析法，選取pH值和有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量8個指標，對林芝市墨脫縣、察隅縣、波密縣30份土壤樣品的肥力進行綜合評價。結果表明：（1）林芝茶園土壤pH值介于4.99～7.41之間，平均值為5.65，50.00%茶園達到優(yōu)質(zhì)茶園水平，未發(fā)現(xiàn)林芝茶園土壤有酸化趨勢；土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量的平均值分別為66.34 g/kg、3.30 g/kg、1.34 g/kg、15.36 g/kg、274.16 mg/kg、156.68 mg/kg、124.69 mg/kg，均達優(yōu)質(zhì)茶園水平；（2）土壤綜合肥力指標值在5.03～24.82之間，均值為13.54，70.00%的茶園土壤養(yǎng)分在中上水平，表明林芝茶園土壤肥力水平總體較高；（3）相關性分析結果表明，pH值和有機質(zhì)、全氮、全磷含量對土壤肥力有較大影響，結合養(yǎng)分含量分析，應加強對磷元素的補充。

關鍵詞：林芝市；高原茶園；土壤養(yǎng)分；土壤肥力；主成分分析

中圖分類號：S571.1? 文獻標志碼：A

文章編號：1002-1302（2023）23-0211-08

茶園土壤是茶樹生存的物質(zhì)基礎，土壤肥力是其物理、化學和生物特征的綜合反映［1-2］，是衡量土壤質(zhì)量的有效手段，也是茶園生產(chǎn)力的基礎［3］。土壤養(yǎng)分是決定茶園土壤肥力的關鍵因子，其豐缺程度直接影響茶葉的產(chǎn)量與品質(zhì)［4-5］。目前，客觀評價茶園土壤肥力的方法主要有主成分分析法［4，6-7］、聚類分析法［8］、模糊綜合評價法［5］。其中，主成分分析法、聚類分析方法通過量化形式表現(xiàn)土壤理化性狀的綜合指標，能減少單個指標所反映的物理特性帶來的差異［9］，被廣泛應用于土壤肥力綜合評價［10-12］。此外，根據(jù)茶園土壤分級標準與優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)茶園土壤營養(yǎng)診斷指標［13］、NY/T 853—2004《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術條件》［14］、NY/T 391—2013《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術條件》［15］等，能較為客觀地判斷茶園土壤肥力概況。因此，通過主成分分析方法與土壤質(zhì)量分級標準相結合，對茶園土壤肥力質(zhì)量進行綜合評價，能較好地反映茶園土壤肥力情況，可用于分析土壤養(yǎng)分差異成因與限制因子，為茶園平衡施肥提供依據(jù)。

西藏人民飲茶的歷史已有1 000多年［16］，藏族民間諺語有“寧可三日無肉，不可一日無茶”，足可見茶在西藏人民物質(zhì)與精神生活中的重要地位。西藏大規(guī)模種茶始于1956年，當?shù)厝嗣窠夥跑姀脑颇弦M茶樹種子，在察隅縣日卡通地進行試種并獲得成功，20世紀60、70年代先后從四川、云南、湖南、浙江等省調(diào)進8萬多kg茶籽進行種植，種茶總面積達 160 hm2 左右，西藏茶產(chǎn)業(yè)初具規(guī)模［17-19］。但在隨后數(shù)年中，由于生產(chǎn)環(huán)境、加工技術等因素限制，除易貢茶場外，西藏茶產(chǎn)業(yè)未得到進一步發(fā)展。2015年以來，西藏開始重新大力發(fā)展茶產(chǎn)業(yè)，著重將茶產(chǎn)業(yè)打造成新的經(jīng)濟支柱［20］。目前，西藏茶園主要分布在林芝市，截至2020年底，林芝茶園面積達 4 702.37 hm2，全市茶青采摘量達17.83萬kg，干毛茶產(chǎn)量約3.57萬kg，產(chǎn)值約4 278萬元，茶產(chǎn)業(yè)逐漸成為林芝農(nóng)民的重要經(jīng)濟收入來源［21］。但是，目前針對林芝茶園土壤養(yǎng)分的研究報道較少，缺乏對林芝茶園土壤肥力綜合評價的研究。本研究通過主成分分析、聚類分析法對林芝茶園土壤肥力質(zhì)量進行綜合評價，分析林芝茶園土壤肥力現(xiàn)狀，明確土壤養(yǎng)分限制因子，旨在為茶園土壤養(yǎng)分的科學管理與平衡施肥提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

林芝市位于西藏自治區(qū)東南部，雅魯藏布江中下游，地處26°52′～30°40′N，92°09′～98°47′E之間，東西長646.7 km，南北寬353.2 km，總面積 11.7萬km2。境內(nèi)山巒重疊，河流縱橫，海拔高度為150～7 782 m，平均海拔高度3 100 m，全境具有典型的高山峽谷和山地河谷地貌。林芝區(qū)域內(nèi)氣候類型豐富，以高原溫帶半濕潤季風氣候為主，為熱帶、亞熱帶、溫帶、寒帶氣候并存的多種氣候帶。大部分地區(qū)年平均降水量為500～1 000 mm，各地年平均氣溫為6～17 ℃，大部分地區(qū)年日照時數(shù)均在2 100 h以下，各地年平均相對濕度為60%～75%，平均無霜期＞150 d。

1.2 樣品采集

2021年4月，在林芝市主要種茶縣，選取面積較大且成片的代表性茶園（圖1），按照“S”形5點采樣法采集0～20 cm深的表層土樣，除去石塊及植物根系等雜物，充分混合后采用四分法取約1 kg土樣放置于無紡布采樣袋中帶回實驗室，并于土壤采樣表上記錄好采樣地點、經(jīng)緯度、海拔等信息［22］ （表1）。

1.3 樣品處理及指標測定

將帶回實驗室的土壤放置在搪瓷樣品盤中，于通風、陰涼干燥處風干。風干后的樣品用瑪瑙研缽磨細后，分別過20、100目不銹鋼網(wǎng)篩，裝入自封袋中并做好標記供測，土壤pH值和有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量參照《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》［23］進行測定。

1.4 茶園土壤養(yǎng)分狀況評價標準

基于優(yōu)質(zhì)高效高產(chǎn)茶園的土壤營養(yǎng)診斷指標［13］、NY/T 853—2004《茶葉產(chǎn)地環(huán)境技術條件》［14］、NY/T 391—2013《綠色食品產(chǎn)地環(huán)境技術條件》［15］的茶園土壤養(yǎng)分分級標準對林芝茶園土壤進行養(yǎng)分含量分級與比例統(tǒng)計（表2），這些標準目前被廣泛用于茶園土壤肥力質(zhì)量評價［4-5，7，24-25］。

1.5 數(shù)據(jù)處理與分析

選取pH值和有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量8個肥力因子，對林芝茶園土壤肥力質(zhì)量進行綜合評價。采用Excel 2016與IBM SPSS 26［26］對數(shù)據(jù)進行整理與分析。

采用因子分析中的主成分分析法和系統(tǒng)聚類分析法，對土壤肥力進行綜合分析與評價。[JP+1]首先對數(shù)據(jù)進行KMO和巴特利特球形度檢驗，當KMO值≥0.6，巴特利特球形度檢驗P<0.05，確定可以進行因子分析。再通過對各指標進行降維，得到反映土壤養(yǎng)分指標的主成分特征值和特征向量，選取特征值＞1的主成分計算得分。利用SPSS對原始因子數(shù)據(jù)進行標準化處理，再進行數(shù)據(jù)平移使標準化數(shù)據(jù)為正值，帶入茶園土壤肥力綜合指標值（IFI）計算公式，并用類平均法對IFI進行系統(tǒng)聚類。IFI采用指數(shù)和法，其表達公式為

可簡化為IFI=λ1F1+λ2F2+…+λmFm，其中IFI表示土壤肥力綜合指標值，xi表示第i個特征值，F(xiàn)m表示第m個主成分得分；λ表示對應主成分因子的貢獻率。

2 結果與分析

2.1 茶園土壤肥力描述性統(tǒng)計

2.1.1 土壤pH值分析

茶樹是喜酸作物，茶園土壤pH值與茶樹生長密切相關，適宜茶樹生長的pH值為4.0～6.5，最適pH值為4.5～5.5［13，27］。由表3可知，林芝茶園土壤pH值介于4.99～7.41之間，平均值為5.65，90%樣本土壤的pH值＜6.5，林芝茶園土壤主要屬于弱酸性土壤；變異系數(shù)為10.21%，屬于中等變異，與弱變異臨界值接近，說明林芝茶園pH值差異不大。由表2可知，土壤pH值分布在4.5～5.5之間的茶園占50%，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。

2.1.2 土壤有機質(zhì)含量分析

土壤有機質(zhì)含量與茶葉品質(zhì)密切相關，一般而言，土壤有機質(zhì)含量越高，茶鮮葉品質(zhì)成分含量越高，質(zhì)量性狀表現(xiàn)越好［28］。由表3可知，林芝茶園土壤有機質(zhì)含量為14.30～154.00 g/kg，平均含量為66.34 g/kg；變異系數(shù)為50.07%，屬于中等變異。由表2可知，96.67%茶園土壤有機質(zhì)含量＞20 g/kg，為Ⅰ級茶園；3.33%茶園土壤有機質(zhì)含量＜15 g/kg，為Ⅲ級茶園；96.67%茶園土壤有機質(zhì)含量≥20 g/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。

2.1.3 土壤氮、磷、鉀元素含量分析

茶樹是喜氮作物，研究表明，茶樹鮮葉氮素水平與鮮葉、成茶中的氨基酸水平高度正相關［29］，在茶園中施氮能顯著提高春茶品質(zhì)與產(chǎn)量［30］。由表3可知，林芝茶園土壤全氮含為0.85～6.35 g/kg，平均含量為3.30 g/kg，變異系數(shù)為43.28%，屬于中等變異。由表2可知，96.67%茶園土壤全氮含量＞1.0 g/kg，為Ⅰ級茶園；3.33%茶園土壤全氮含量介于0.8～1.0 g/kg之間，為Ⅱ級茶園；93.33%茶園土壤全氮含量≥1.5 g/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。堿解氮含量是反映土壤肥力水平的重要指標。由表3可知，林芝茶園土壤堿解氮含量介于49.25～443.63 mg/kg之間，平均含量為274.16 mg/kg，變異系數(shù)為41.70%，屬于中等變異。由表2可知，96.67%茶園土壤堿解氮含量＞100 mg/kg，為Ⅰ級茶園；3.33%茶園土壤堿解氮含量＜80 mg/kg，為Ⅲ級茶園；96.77%茶園土壤堿解氮含量≥100 mg/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。

磷是茶樹生長所需三大營養(yǎng)元素之一，參與茶樹多種生理過程。土壤磷元素可提高茶樹鮮葉中表沒食子兒茶素的含量，對紅茶香氣與滋味的提升有積極作用［31］。由表3可知，林芝茶園土壤全磷含量介于0.36～4.22 g/kg之間，平均含量為1.34 g/kg；變異系數(shù)為57.26%，屬于中等變異。由表2可知，56.67%茶園土壤全磷含量＞1.0 g/kg，為Ⅰ級茶園；40.00%茶園土壤全磷含量介于0.4～1.0 g/kg之間，為Ⅱ級茶園；3.33%茶園土壤全磷含量＜0.4 g/kg，為Ⅲ級茶園。56.67%茶園土壤全磷含量≥1.0 g/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。林芝茶園土壤速效磷含量介于2.16～479.35 mg/kg之間，平均含量為 156.68 mg/kg；變異系數(shù)為79.73%，屬于中等變異。由表2可知，83.33%茶園土壤速效磷量＞20 mg/kg，為Ⅰ級茶園；6.67%茶園土壤速效磷含量介于5～20 mg/kg 之間，為Ⅱ級茶園；10.00%茶園土壤速效磷含量＜5 mg/kg，為Ⅲ級茶園。83.33%茶園土壤速效磷含量≥20 mg/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。

鉀在茶樹體內(nèi)含量僅次于氮，幾乎參與了茶樹體內(nèi)所有的生化反應［32］。由表3可知，林芝茶園土壤全鉀含量介于3.08～66.64 g/kg之間，平均含量為15.36 g/kg；變異系數(shù)為74.60%，屬于中等變異。由表2可知，60.00%茶園土壤全鉀含量＞10 g/kg，為Ⅰ級茶園；33.33%土壤全鉀含量介于 5～10 g/kg之間，為Ⅱ級茶園；6.67%茶園土壤全鉀含量＜5 g/kg，為Ⅲ級茶園。60.00%茶園土壤全鉀含量≥10 g/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。林芝茶園土壤速效鉀含量介于13.97～255.55 mg/kg之間，平均含量為124.69 mg/kg；變異系數(shù)為45.27%，屬于中等變異。由表2可知，60.00%茶園土壤速效鉀含量＞100 mg/kg，為Ⅰ級茶園；26.67%茶園土壤速效鉀含量介于60～100 mg/kg之間，為Ⅱ級茶園；13.33%茶園土壤速效鉀含量＜60 mg/kg，為Ⅲ級茶園。60.00%茶園土壤速效鉀含量≥100 mg/kg，達到優(yōu)質(zhì)茶園水平。

2.2 茶園土壤肥力綜合分析

2.2.1 相關性檢驗

因子間存在一定相關性是進行主成分分析的前提。運用SPSS軟件對各肥力質(zhì)量因子進行相關性分析，并進行KMO和巴特利特球形度檢驗。結果表明，各指標間存在不同程度的相關性（表4），KMO值為0.606，巴特利特球形度檢驗的相伴概率P<0.01，進一步證明各肥力因子間存在較強相關性，可進行主成分分析。

2.2.2 主成分分析

基于相關性檢驗，對土壤肥力質(zhì)量因子進行主成分分析（表5）。根據(jù)特征值＞1的原則，可提取3個主成分，特征值分別為3.52、1.93、1.13，方差貢獻率分別為44.02%、24.06%、14.11%，累計貢獻率為82.20%，說明選取的3個主成分能基本反映茶園的土壤肥力情況。主成分因子載荷是主成分因子與原始變量因子之間的相關系數(shù)，第1主成分中，有機質(zhì)、全氮、堿解氮含量有較高正向因子荷載值，表明第1主成分主要與有機質(zhì)、氮含量相關；第2主成分中，pH值、速效磷含量因子的荷載值較高且為正值，表明第2主成分主要與pH值、速效磷含量相關；第3主成分中，全磷含量因子荷載值較高且為正值，表明第3主成分主要與全磷含量相關。

根據(jù)主成分得分系數(shù)矩陣（表6），得出3個主成分的線性表達式：

F1=0.139ZX1+0.419ZX2+0.375ZX3-0.007ZX4-0.158ZX5+0.257ZX6+0.075ZX7-0.078ZX8；

F2=0.470ZX1+0.169ZX2+0.096ZX3+0.067ZX4+0.230ZX5-0.046ZX6+0.321ZX7-0.423ZX8；

F3=-0.150ZX1-0.174ZX2-0.067X3+0.508ZX4+0.382ZX5-0.080ZX6-0.425ZX7-0.049ZX8。

其中：ZX1～ZX8表示經(jīng)SPSS標準化的土壤肥力因子，對它們進行數(shù)據(jù)平移，使其為正值。根據(jù)公式（1），土壤肥力綜合評價表達式為IFI=0.440F1+0.241F2+0.141F3，計算各土壤的IFI，IFI越高，表明土壤綜合肥力越高。

2.2.3 土壤肥力綜合評價

由表7可知，林芝茶園土壤IFI變幅為5.03～24.82，均值為13.54，變異系數(shù)為38.46%，屬于中等變異?；跉W氏距離大小，采用類平均法對IFI進行聚類分析［2］。30個樣本基于IFI可被分為Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ4類，分別代表極高、高、中、低4個等級。Ⅰ級土壤樣本IFI為24.82，占比為3.33%；Ⅱ級土壤樣本IFI變幅為16.65～22.09，占比為30.00%，變異系數(shù)為10.45%；Ⅲ級土壤樣本IFI變幅為11.05～15.16，占比為36.67%，變異系數(shù)為11.83%；Ⅳ級土壤樣本IFI值變幅為5.03～9.83，占比為30.00%，變異系數(shù)為21.90%。70%茶園土壤養(yǎng)分在中上水平，說明林芝茶園土壤肥力情況總體較好，但有30%茶園土壤養(yǎng)分較低，需要重點進行培肥管理。由表8可知，不同縣之間土壤肥力存在較大差異。其中，波密縣土壤肥力主要處于Ⅱ、Ⅳ級，察隅縣土壤肥力主要處于Ⅲ、Ⅳ級，墨脫縣土壤肥力主要處于Ⅱ、Ⅲ級；3個縣土壤肥力均呈中等變異。

對IFI與土壤肥力養(yǎng)分因子進行線性擬合分析，結果（圖2）表明，IFI與土壤養(yǎng)分因子間存在一定相關性。IFI與各土壤養(yǎng)分因子皮爾遜相關性分析結果表明，有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮含量與IFI呈極顯著相關（P<0.01）。結合主成分分析可知，pH值、有機質(zhì)、氮、磷含量對土壤肥力有較大影響。

3 討論

茶園土壤肥力是影響茶樹生長發(fā)育和茶葉品質(zhì)的重要因素，肥沃的土壤是茶園優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)的基礎。茶樹是喜酸作物，適宜生長的pH值范圍為 4.0～6.5，當pH值＜4.0或＞6.5時，茶樹對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收能力顯著降低［33］。前人的研究表明，國內(nèi)茶園土壤呈不同程度的酸化趨勢［24，34-36］。本研究中，林芝茶園土壤pH值范圍在4.99～7.41之間，均值為5.65，表明茶園土壤未發(fā)生明顯酸化，大部分茶園土壤適宜茶樹生長。這與張忠梁等的結論［37］一致。這可能是因為除易貢茶場外，其余采樣茶園多為2015年以來新建的，且茶園大多施用有機肥，因此并未因過量施用氮肥或因茶樹凋落物累積而使土壤酸化。索通村2個土壤樣品的pH值＞7，經(jīng)后期調(diào)查，得知2個取樣茶園建園之初均因有效土層較薄，而于外地購置土壤進行加厚。西藏成土歷史短，土壤發(fā)育較為原始，土壤類型獨特多樣，僅有約1/5的土壤為酸性土壤，且主要分布在藏東南地區(qū)［38-39］。因此，建園之初，如需通過客土方式加深有效土層，應注意選擇適宜的酸性土壤。本研究中，96.67%以上茶園土壤的有機質(zhì)、氮含量達到Ⅰ級茶園水平，相關性分析結果表明有機質(zhì)含量與全氮、堿解氮含量呈顯著正相關，這與前人研究中西藏土壤全氮、堿解氮含量隨有機質(zhì)含量增加而增加的結論［40］一致。這可能是因為林芝位于藏東南，為高寒濕潤、半濕潤氣候，草類植被在夏季生長旺盛，有機質(zhì)合成量大而分解量小，因而有機質(zhì)積累量大，且由于植物根系較淺，有機質(zhì)主要分布在較薄的表層［41］。56.67%土壤樣本的全磷含量、83.33%土壤樣本的速效磷含量達到優(yōu)質(zhì)茶園標準，需要注意對磷元素的補充。速效磷含量變異系數(shù)為79.73%，屬于強變異，這可能與采樣海拔從700 m至2 500 m有關；有研究表明，隨著海拔升高，西藏土壤速效磷含量減少［41］。

本研究選取pH值和有機質(zhì)、全氮、堿解氮、全鉀、速效鉀、全磷、速效磷含量8個養(yǎng)分指標進行主成分分析，計算土壤綜合肥力值，并用聚類分析方法對土壤肥力進行分級，結果表明，提取的3個主成分能表征82.20%的原始信息。土壤肥力綜合指標值變幅為5.03～24.82，均值為13.54；所選取的30個采樣點，70.00%茶園的土壤養(yǎng)分在中上水平，說明林芝茶園土壤肥力總體水平較高。這是因為藏東南土壤有機質(zhì)含量較高， 而有機質(zhì)含量對氮、 磷、鉀的有效性有積極作用。因此，保護藏東南豐富的天然植被，維持有機質(zhì)平衡，對茶園土壤肥力的保持與提升具有重要意義。本研究中，各縣土壤肥力分布不均勻，這可能與采樣海拔有關；波密縣采樣海拔高度平均為2 328.1 m，察隅縣為1 808.3 m，墨脫縣為1 297.1 m。研究表明，海拔對垂直山地氣候及土壤養(yǎng)分有較大影響，養(yǎng)分隨海拔變化而變化［37］；也可能與各縣茶園管理方式、農(nóng)業(yè)活動及樣本量有關。主成分分析與相關性分析結果表明，pH值及有機質(zhì)、氮、磷含量對土壤肥力有較大影響。因此，在茶園田間管理過程中，要注意加強這些養(yǎng)分因子的供應與平衡?；陴B(yǎng)分含量，尤其應注意對磷元素的補充。

本研究選定的8個指標常被用于評價土壤綜合肥力，能較好地反映土壤肥力情況［7，42］。但是土壤肥力易受生態(tài)環(huán)境、土壤質(zhì)地、耕作方式等的影響［12］。西藏作為青藏高原主體，成土歷史短，土壤、氣候條件復雜，高原特色鮮明，茶樹種植時間較短，茶園管理模式不一，海拔差異大。因此，在后續(xù)研究中，應進一步擴大樣本取樣量與檢測指標，以便深入探究高原茶園的土壤肥力，為高原茶園科學施肥管理提供更多理論依據(jù)。

4 結論

本研究基于主成分分析法與聚類分析法，對林芝30個代表性茶園土壤養(yǎng)分與肥力特征進行了分析，主要研究結論如下。

（1）林芝茶園土壤pH值介于4.99～7.41之間，平均值為5.65，50.00%茶園達到優(yōu)質(zhì)水平，未發(fā)現(xiàn)林芝茶園有酸化趨勢；茶園土壤有機質(zhì)、全氮、全磷、全鉀、堿解氮、速效磷、速效鉀含量平均值分別為66.34 g/kg、3.30 g/kg、1.34 g/kg、15.36 g/kg、274.16 mg/kg、156.68 mg/kg、124.69 mg/kg，均達優(yōu)質(zhì)茶園水平。

（2）茶園土壤肥力綜合指標值在5.03～24.82之間，均值為13.54，70.00%茶園土壤養(yǎng)分在中上水平，表明林芝茶園土壤肥力水平總體較高。不同縣之間土壤肥力存在一定差異，其中，波密縣土壤肥力主要處于Ⅱ、Ⅳ級，察隅縣土壤肥力主要處于Ⅲ、Ⅳ級，墨脫縣土壤肥力主要處于Ⅱ、Ⅲ級。

（3）相關性分析結果表明，pH值及有機質(zhì)、全氮、全磷、堿解氮含量對土壤肥力有較大影響，結合養(yǎng)分含量分析，應加強對磷元素的補充。

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