基于主成分分析的花溪古茶树立地土壤养分评价

宋勤飞，牛素贞，陈正武，尹 杰，*，周绍均，岑春娇

(1.贵州大学 茶学院，贵州 贵阳 550025; 2.贵州大学 茶叶工程技术研究中心，贵州 贵阳 550025； 3.贵州省茶叶研究所，贵州 贵阳 550006； 4.遵义市产品质量检验检测院，贵州 遵义 563000)

基于主成分分析的花溪古茶树立地土壤养分评价

宋勤飞1，2，牛素贞1，2，陈正武3，尹 杰1，2，*，周绍均4，岑春娇1

(1.贵州大学 茶学院，贵州 贵阳 550025; 2.贵州大学 茶叶工程技术研究中心，贵州 贵阳 550025； 3.贵州省茶叶研究所，贵州 贵阳 550006； 4.遵义市产品质量检验检测院，贵州 遵义 563000)

为明确贵州花溪古茶树土壤养分状况，为古茶树的保护和合理开发利用提供参考，对黔陶、马铃、久安、高坡等花溪古茶树集中分布区37份立地土壤进行理化检测，分析其养分含量间的相关性，并采用主成分分析法对土壤养分状况进行综合评价。结果表明，花溪古茶树立地土壤pH值均值为4.77，总体处于适宜状态；土壤有机质、碱解氮、速效钾含量较为丰富；但59.45%的土壤全氮含量极低，91.89%和86.49%的土壤全磷和有效磷含量极低，处于缺磷状态；大部分土壤交换性钙、交换性铝含量均处于茶树生长适宜范围；花溪古茶树土壤有效锰变异范围较大，仅有40.54%的土壤有效锰处于适宜范围。主成分分析表明，花溪古茶树立地土壤IFI值在8.11～32.89，均值为19.23，属于中等以上肥力的土壤占到64.86%，土壤肥力质量总体水平属于良好。其中马铃土壤养分状况最好，其次是久安和高坡，黔陶古茶树土壤养分状况最差。对花溪古茶树应重点增施氮磷肥。

花溪；古茶树；土壤养分；主成分分析

云贵高原是茶树起源中心，生长着大量野生、半野生(过渡)和栽培型古茶树[1]。古茶树因其进化上的原始性、极强的抗逆性、丰富的遗传基因，是研究茶树起源、演化和分类的重要材料和依据。许多古茶树还蕴含特异的生化成分[1]，极具开发利用价值。花溪地处黔中地区，境内久安、黔陶、燕楼、马铃、高坡等乡镇分布着一定数量的古茶树。其中花溪久安乡的古茶树是目前发现的规模最大的灌木型古茶树居群，树龄多在600年以上，数量达到5万多株[2-3]。目前花溪古茶树除久安建立了古茶园进行保护外，大部分古茶树长期处于无人管理状态，茶树生长从土壤中吸收的养分不能得到及时补充使其立地土壤环境逐渐恶化，加上人类活动的影响，其生态环境不容乐观[2]。

土壤是茶树生长的重要载体。土壤养分状况直接影响着茶树的生长状况，决定着茶树的产量和品质。前人对湖南[4]、浙江[5]、福建[6]、陕西[7]、河南[8]、贵州[9-11]等主要茶区茶园土壤环境和养分状况都进行了相关研究和评价；也有研究者对云南景迈山和六大茶山[12]、贵州黔西南州[13]等地古茶树立地土壤养分进行了分析，但还未见对花溪古茶树立地土壤养分综合评价的报告。本研究以花溪古茶树较为集中的久安、黔陶、高坡、马铃等地作为调查区域，通过对古茶树生长地土壤取样分析，并采用主成分分析对花溪古茶树立地土壤养分状况进行评价，以期全面了解花溪古茶树立地土壤肥力状况，为改良古茶树土壤环境，科学保护古茶树、合理开发利用古茶树提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 样品采集与处理

在前期调研基础上，确定花溪古茶树分布较为集中的马林、黔陶、久安、高坡为调查区域，在每个区域选取具有代表性的茶树生长点进行土样采集，采样点基本情况见表1。按照随机、等量和多点混合的原则采集土样，在同一采样点上，沿茶树最外侧滴水线处按“S”形取5个小样点，土样采集深度为10～30 cm，将各采样点土壤样品混合均匀，用四分法取样1 kg左右带回实验室，经自然风干，去除石块、树根、杂草后磨细，分别过2 mm、0.25 mm网筛，混匀。装自封袋后备用。

1.2 方法

1.2.1 土壤理化指标测定方法

参考鲍士旦[13]的方法对所采土样的pH、有机质、全氮、碱解氮、全磷、速效磷、速效钾、交换性钙、交换性铝和有效锰等指标进行测定。每指标重复测定3次。pH测定采用水浸提电位法(水土比为2.5∶1.0)；有机质的测定采用重铬酸钾容量法；全氮测定采用半微量凯氏定氮法；碱解氮测定采用碱解扩散法；全磷测定采用高氯酸—硫酸法；速效磷测定采用0.05 mol·L-1盐酸—0.025 mol·L-1硫酸法；速效钾测定采用火焰光度法；交换性钙测定采用1 mol·L-1乙酸铵振荡浸提—原子吸收分光光度法；交换性铝测定采用1 mol·L-1KCl交换—中和滴定法；有效锰测定采用DTPA浸提—原子吸收分光光度法。

1.2.2 土壤养分评价标准

综合第二次全国土壤普查养分分级标准[14]、国家绿色食品产地质量标准(NY/T391—2000)[15]、茶叶产地环境技术条件(NY/T853—2004)[16]中茶园土壤的肥力分级标准对花溪古茶树集中分布区土壤养分状况进行分级评价。具体分级标准见表2。

表1取样点地理信息及土壤情况

Table1Geography and soil condition of sampling spot

编号取样点立地海拔成土母岩土壤类型NumberSamplingspotAltitude/mSoilmotherrockSoiltypeHX-1黔陶乡1Qiantao11086黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-2黔陶乡2Qiantao21069黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-3黔陶乡3Qiantao31060黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-4黔陶乡4Qiantao41061黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-5黔陶乡5Qiantao51064黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-6黔陶乡6Qiantao61055黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-7黔陶乡7Qiantao71056黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-8黔陶乡8Qiantao81067黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-9黔陶乡9Qiantao91071黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-10黔陶乡10Qiantao101037黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-11黔陶乡11Qiantao111054黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-12黔陶乡12Qiantao121061黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-13黔陶乡13Qiantao131058黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-14马铃乡1Maling11204黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-15马铃乡2Maling21202黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-16马铃乡3Maling31225黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-17马铃乡4Maling41220黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-18马铃乡5Maling51216黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-19马铃乡6Maling61217黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-20马铃乡7Maling71241黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-21马铃乡8Maling81201黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-22马铃乡9Maling91222黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-23马铃乡10Maling101215黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-24马铃乡11Maling111231黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-25马铃乡12Maling121242黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-26马铃乡13Maling131214黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-27马铃乡14Maling141225黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-28久安乡1Jiuan11253黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-29久安乡2Jiuan21292黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-30久安乡3Jiuan31261黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-31久安乡4Jiuan41262黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-32久安乡5Jiuan51276黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-33久安乡6Jiuan61321黄色砂岩Yellowsandstone黄壤YellowsoilHX-34高坡乡1Gaopo11305石英砂岩Quartzsandstone黄壤YellowsoilHX-35高坡乡2Gaopo21308石英砂岩Quartzsandstone黄壤YellowsoilHX-36高坡乡3Gaopo31355石英砂岩Quartzsandstone黄壤YellowsoilHX-37高坡乡4Gaopo41347石英砂岩Quartzsandstone黄壤Yellowsoil

1.2.3 土壤养分评价方法

采用因子分析提取主成分分析法(PCA)，综合各土壤养分指标对花溪区古茶树立地土壤养分进行综合评价[17]。PCA法通过因子分析确定参评土壤指标主成分特征值和特征向量，根据主成分累计贡献率，选择关键主成分，计算各主成分得分，再利用综合得分公式求出各取样点土壤养分综合分评价值(IFI)。

IFI=λ1F1+λ2F2+……….+λmFm。

式中F表示单个主成分得分；λ表示对应主成分的贡献率。再根据土壤养分综合评价值，采用类平均法对土壤样品进行聚类分析[9]，评价其养分高低。

1.3 数据统计分析

所有试验数据采用EXCEL2010和SPSS19.0统计软件进行分析处理。

表2茶园土壤养分分级标准

Table2Classification of soil nutrient status of tea plants

指标Index等级GradeⅠⅡⅢpH<4.54.5～5.5>5.5有机质Organicmatter/(g·kg-1)>2015～20<15全氮Totalnitrogen/(g·kg-1)>10.8～1.0<0.8全磷Totalphosphorus/(g·kg-1)>1.00.4～1.0<0.4碱解氮Availablenitrogen/(mg·kg-1)>10080～100<80速效磷Availablephosphorus/(mg·kg-1)>105～10<5速效钾Availablepotassium/(mg·kg-1)>10060～100<60交换性钙Exchangeablecalcium/(cmol·kg-1)<44～9>9交换性铝Exchangeablealuminum/(cmol·kg-1)<33～4>4有效锰Availablemanganese/(mg·kg-1)<3030～80>80

2 结果与分析

2.1花溪古茶树立地土壤养分含量情况

茶树是喜酸性植物，土壤酸碱性直接影响茶树生长及品质形成，茶树适宜的土壤pH为4.0～6.5，最适宜pH值为4.5～5.5[18]。从表3可知，花溪古茶树立地土壤pH含量在3.99～5.44，均值为4.77。除HX-4、HX-12、HX-30、HX-31等4个点土壤pH低于4.5外，其余33个点，89.19%的土壤pH处于4.5～5.5，即茶树生长最适宜的pH范围，说明花溪古茶树生长地大部分区域土壤pH值较为适宜。茶树生长过程中根系分泌有机酸及茶树生物学物质循环等原因都会导致土壤酸化，且酸化程度会随着植茶年限的增加而加剧[19]。花溪古茶树生长年限多在几百年以上，但其土壤酸化现象并不明显，这可能与本身花溪处于喀斯特地区，土壤本底pH值偏高以及茶树本身的适应性等有关。

表3显示，花溪古茶树集中分布区立地土壤有机质含量范围在15.64～47.28 g·kg-1，均值为26.18 g·kg-1，变异系数为27.18%，处于中等变异。37个取样点中，除HX-1、HX-4、HX-5、HX-6等4个点土壤有机质含量低于20 g·kg-1，处于Ⅱ级外，其余33个点的土壤有机质含量都大于20 g·kg-1，处于Ⅰ级状态。表明花溪古茶树集中分布区绝大部分土壤有机质含量丰富。这可能与古茶树生长年限较长，大量的枯枝落叶等在地面积累，形成大量腐殖质有关，且茶树本身含有较多的多酚类物质会抑制土壤微生物和土壤酶活性[20]，从而使土壤有机质含量丰富。

氮是茶树生长必需元素之一，氮有利于蛋白质、氨基酸、叶绿素等的积累，对茶叶产量和品质的形成具有重要作用。从表3可知，花溪古茶树立地土壤全氮含量在0.01～2.83 g·kg-1，均值为0.76 g·kg-1，变异系数为100.6，属于高变异，表明各个取样点之间土壤全氮含量差异较大，平均值代表性不强。有12个取样点，即32.43%的土壤全氮含量丰富，达到Ⅰ级标准；有3个取样点，即8.10%的土壤全氮含量尚可，处于Ⅱ级标准；而其余22个取样点，59.45%的土壤全氮含量极低，处于Ⅲ级标准，表明花溪古茶树生长地约一半的土壤都处于全氮缺乏的状态。花溪古茶树立地土壤碱解氮的含量在136.50～315.2 mg·kg-1，均值为233.26 mg·kg-1，变异系数为23.07%，属于中等变异。所有37个取样点土壤碱解氮含量都达到Ⅰ级标准之上，表明花溪古茶树生长地土壤碱解氮含量丰富。出现这一现象的原因可能是部分古茶树位于农田边上，农业生产大量施肥以及农户习惯在田边进行沤肥处理等均会引起土壤中碱解氮等含量增加；久安古茶树的取样点位于古茶园内，每年政府都会进行土壤施肥，导致土壤中碱解氮含量较高。

磷参与茶树蛋白质、核酸等的形成，参与光合呼吸等代谢活动，也参与茶叶品质的形成。花溪古茶树生长地土壤全磷含量范围在0.09～1.33 g·kg-1，均值为0.25 g·kg-1，变异系数达到89.19%，属于高变异，表明花溪古茶树各个分布点之间土壤全磷含量差异较大。从分布来看，仅有HX-21、HX-28、HX-32等3个点土壤全磷含量达到Ⅱ级标准，而余下34个点土壤全磷含量处于Ⅲ级状态，说明花溪古茶树生长地绝大部分土壤全磷含量极低，处于缺磷状态。花溪古茶树生长地土壤有效磷含量范围为2.00～9.21 mg·kg-1，均值为3.62 mg·kg-1，变异系数为50.86%，属于中等变异。除HX-30、HX-32、HX-33、HX-34、HX-35等5个点土壤有效磷含量在5.00～10.00 mg·kg-1，达到Ⅱ级标准外，其余32个取样点土壤有效磷含量均小于5 mg·kg-1，处于Ⅲ级土壤状态，表明大部分花溪古茶树生长地土壤速效磷处于缺乏状态。导致花溪古茶树立地土壤全磷和有效磷缺乏的主要原因可能是花溪处于喀斯特地区，土壤发育时，矿物营养元素流失严重，磷等元素本底含量偏低[21]；此外喀斯特地区土壤中存在的大量游离碳酸钙也会使大部分磷成为难溶性的磷酸钙盐，致使能被茶树吸收利用的有效态磷含量降低[22]。

钾在茶树生长中主要以酶的活化剂形式参与代谢，促进根系发育，作为渗透性物质调节茶树抗性。从表3可知，花溪古茶树生长地的速效钾含量范围在53.97～266.3 mg·kg-1，均值为127.57 mg·kg-1。变异系数为38.87%，处于中等变异范围。从分布看，26个取样点，约70.27%的土壤速效钾含量较高，达到了土壤Ⅰ级标准；余下11个取样点，约29.03%的土壤速效钾含量达到Ⅱ级标准。表明花溪古茶树生长地土壤中速效钾含量较为丰富，且大部分土壤中速效钾极为丰富。

表3花溪古茶树立地土壤养分状况

Table3Site soil nutrient contents of ancient tea tree in Huaxi

编号NumberpH有机质Organicmatter/(g·kg-1)全氮Totalnitrogen/(g·kg-1)碱解氮Availablenitrogen/(mg·kg-1)全磷Totalphosphorus/(g·kg-1)速效磷Availablephosphorus/(mg·kg-1)速效钾Availablepotassium/(mg·kg-1)交换性钙Exchangeablecalcium/(cmol·kg-1)交换性铝Exchangeablealuminum/(cmol·kg-1)有效锰Availablemanganese/(mg·kg-1)HX-15.0215.640.07170.800.322.72266.301.393.9227.00HX-24.7220.530.81252.930.252.7953.970.746.0718.73HX-35.1320.300.05161.930.282.4462.454.926.1315.29HX-44.4419.540.11149.330.172.2678.870.543.971.85HX-54.7419.770.04268.800.092.9058.350.692.2913.36HX-64.7619.220.14234.030.362.90109.450.522.2918.90HX-75.1222.730.07165.430.102.2490.730.542.0019.02HX-85.3623.801.80177.100.132.8789.972.072.0373.02HX-95.1923.250.15284.670.123.6691.091.201.4727.95HX-104.7220.761.22191.570.243.66234.020.593.5256.48HX-114.5220.230.29234.270.232.9891.340.652.438.22HX-124.4021.460.01136.500.182.3359.453.103.874.79HX-134.5020.110.22152.600.312.31114.543.722.7911.18HX-144.6726.650.81217.930.123.55152.951.313.0373.18HX-154.7425.660.23281.400.092.85191.171.652.4023.81HX-164.5825.870.07255.500.122.94110.562.403.2860.15HX-174.7526.571.06258.770.232.81167.962.693.7130.60HX-184.4326.210.41265.070.112.92105.352.283.5815.58HX-194.5425.160.42271.130.182.57140.031.872.9814.39HX-204.6124.940.72217.000.092.96198.172.122.4555.23HX-214.8025.961.00288.630.424.12116.632.391.6756.98HX-225.1224.970.29225.870.102.81150.972.761.08121.28HX-234.5326.180.43276.030.292.92193.021.794.8151.29HX-244.6726.241.11278.370.373.66151.673.173.5390.10HX-254.7326.060.20225.870.342.79142.523.371.4197.13HX-264.8425.580.20247.800.232.63144.853.481.1470.54HX-274.7626.250.36291.900.142.00103.503.474.0814.51HX-284.8425.261.21290.030.754.4290.244.061.0098.30HX-294.5524.811.23315.230.124.4972.944.221.6733.35HX-303.9933.401.00166.130.118.71199.481.8612.227.32HX-314.1525.690.52152.370.092.50112.282.7213.0947.97HX-324.6547.282.59295.401.339.21136.264.013.9615.14HX-335.1644.652.61305.900.396.35102.265.6810.4536.54HX-345.3343.242.83299.600.288.34146.205.282.3258.51HX-354.9341.101.92164.970.296.76153.226.964.1734.31HX-365.4426.670.90196.470.183.07116.064.141.7656.49HX-375.0727.020.88263.200.212.61121.323.082.0526.17平均值Mean4.7726.180.76233.260.253.62127.572.633.6440.13最小值Min3.9915.640.01136.500.092.0053.970.521.001.85最大值Max5.4447.282.83315.231.339.21266.306.9613.09121.28标准差SD0.327.120.7653.810.231.8449.581.592.8130.11变异系数CV/%6.7727.18100.6623.0789.1950.8638.8760.2677.1575.03

茶树为嫌钙性植物，对钙的需求量较小。花溪古茶树生长地交换性钙的含量范围为0.52～6.96 cmol·kg-1，均值为2.63 cmol·kg-1，变异系数为60.26，处于中等变异范围。除HX-3、HX-28、HX-29、HX-32、HX-33、HX-34、HX-35、HX-36等8个点土壤交换性钙含量处于Ⅱ级标准外，其余29个点，约78.38%的土壤交换性钙含量均低于4 cmol·kg-1，处于Ⅰ级标准范围。表明花溪古茶树大部分立地土壤中交换性钙的含量都较低，适于茶树的生长。

茶树为嗜铝性植物，树体中铝含量要远高于一般农作物[23]。花溪古茶树立地土壤交换性铝含量范围为1.00～13.09 cmol·kg-1，均值为3.64 cmol·kg-1，变异系数为77.15%，属于中等变异范围。从分布看，18个取样点土壤交换性铝含量达到Ⅰ级标准，11个取样点土壤交换性铝含量达到Ⅱ级标准，8个取样点土壤交换性铝含量达到Ⅲ级标准。总体来看花溪古茶树土壤交换性铝含量适中，比较适宜茶树生长，这与茶树长期生长在酸性土壤中，适应了土壤中较高的铝含量有关。

茶树具有富锰特性，茶树体内锰含量可达0.1%以上。锰可促进茶树氮代谢，提高多酚氧化酶活性，稳定叶绿体，参与茶树维生素C的合成等。花溪古茶树立地土壤有效锰含量范围为1.85～121.28 mg·kg-1，均值为40.13 mg·kg-1，变异系数为75.03%，属于中等变异范围。从分布看，HX-22、HX-24、HX-25、HX-28等4个取样点土壤有效锰含量处于Ⅲ级标准，已处于过量范围；18个取样点土壤有效锰含量处于Ⅰ级标准，即缺乏状态；只有15个取样点土壤有效锰含量处于Ⅱ级标准，即适量范围。

2.2土壤养分相关性分析

从表4可知，花溪古茶树立地土壤有机质和全氮、全磷、速效磷、有效锰等4个指标达到极显著正相关，与有机质与碱解氮达到显著正相关；全氮与碱解氮达到显著正相关，与全磷、速效磷、有效锰之间达到了极显著正相关；全磷与速效磷之间也达到极显著正相关。表明花溪古茶树集中分布区土壤养分指标之间存在一定的相关性，且所有指标均未被剔除，符合因子分析的前提条件，可以进行主成分分析。

表4花溪古茶树立地土壤养分相关性

Table4The correlation among site soil nutrient contents of ancient tea tree in Huaxi

指标IndexpH有机质全氮碱解氮全磷速效磷速效钾交换性钙交换性铝有效锰OrganicmatterTotalnitrogenAvailablenitrogenTotalphosphorusAvailablephosphorusAvailablepotassiumExchangeablecalciumExchangeablealuminumAvailablemanga-nesepH1.000有机质Organicmatter0.1371.000全氮Totalnitrogen0.2850.828**1.000碱解氮Availablenitrogen0.1470.347*0.327*1.000全磷Totalphosphorus0.0450.467**0.486**0.2801.000速效磷Availablephosphorus0.0020.842**0.789**0.2400.517**1.000速效钾Availablepotassium-0.0800.1180.105-0.0620.0280.1951.000交换性钙Exchangeablecalcium0.3090.0900.1790.1720.058-0.0090.2391.000交换性铝Exchangeablealumi-num-0.431**0.2760.177-0.262-0.0460.2980.065-0.2881.000有效锰Availablemanganese0.2860.655**0.558**0.1300.3120.451**-0.0810.2060.1091.000

*,**分别表示达到显著(P<0.05)、极显著(P<0.01)相关性。

*,** represents the signficance at the level of 0.05 and 0.01, respectively.

2.3花溪古茶树立地土壤养分主成分分析

从表5可知，前4个主成分的贡献率分别是36.775%、18.537%、11.855%、10.117%，当主成分个数达到4时，累积贡献率已达77.284%，即4个主成分代表了37个不同采样点花溪古茶树土壤养分77.284%的信息量。

从表6可知，第1主成分在有机质、全氮、全磷、速效磷及有效锰等几个指标上有较高的载荷，特征值分别为0.935、0.913、0.629、0.869和0.704，说明第1主成分主要反映了有机质、全氮、全磷、速效磷及有效锰几个指标的信息；第2主成分在pH、交换性钙、交换性铝等几个指标上有较高的载荷，特征值分别为0.721、0.607、-0.833，说明第2主成分主要反映了土壤pH、交换性钙及交换性铝几个养分指标的信息；第3主成分在速效钾指标上有较高载荷，特征值为0.906，说明第3主成分主要反映了速效钾的信息；第4主成分在碱解氮指标上有较高载荷，特征值为-0.595，说明第4主成分反映了碱解氮的信息。

表5特征值、贡献率及累积贡献率

Table5The eigenvalue， contribution rate and the cumulative contribution rate

主成分特征值贡献率累积贡献率PrincipalcomponentEigenvalueContributionrate/%Cumulativecontributionrate/%13.67836.77536.77521.85418.53755.31231.18511.85567.16741.01210.11777.28450.6776.77284.05660.6196.19090.24670.4104.10294.34880.3123.11997.46790.1521.52098.987100.1011.013100.000

表6各指标主成分的特征向量

Table6The characteristics of the principal component vectors between all the indexes

指标Index1234pH0.2470.721-0.0930.395有机质Organicmatter0.935-0.147-0.0140.052全氮Totalnitrogen0.913-0.0020.0120.067碱解氮Availablenitrogen0.4180.388-0.208-0.595全磷Totalphosphorus0.6290.024-0.126-0.399速效磷Availablephosphor-us0.869-0.2890.063-0.099速效钾Availablepotassium0.131-0.0840.906-0.166交换性钙Exchangeablecalcium0.2060.6070.5170.134交换性铝Exchangeablealuminum0.172-0.8330.0690.244有效锰Availablemanganese0.7040.091-0.1430.469

2.4花溪古茶树集中分布区土壤养分综合评价

用4个主成分对花溪古茶树分布区不同采样点土壤养分进行综合评价。综合评价函数为IFI=0.36775F1+0.18537F2+0.11855F3+0.10117F4，按综合评价函数计算出的不同取样点花溪古茶树立地土壤养分综合成分得分及排序见表7。从表7可知，花溪古茶树立地土壤综合肥力综合得分范围在8.11～32.89，均值为19.23，变异系数为35.10%。从4个区域土壤肥力变异系数来看(表8)，黔陶、马铃、久安、高坡土壤肥力变异系数分别为25.15%、48.48%、18.35%、16.98%，都处于中等变异范围，说明各个区域内部土壤肥力状况差异不大。

以欧氏距离为衡量样本间差异大小的依据，采用类平均法进行系统聚类可将37个样本分为4类，即第Ⅰ类IFI≥32.89，第Ⅱ类25.07≤IFI≤29.38，第Ⅲ类16.19≤IFI≤22.38，第Ⅳ类8.11≤IFI≤14.25，分别代表土壤肥力高、较高、中等、低等4个等级，结果见表8。从表8可知，花溪37个古茶树土壤取样点中，有27.03%、35.14%的土壤养分处于Ⅱ级和Ⅲ级，说明花溪古茶树土壤养分总体良好，但有35.14%的土壤肥力处于Ⅳ级状态，肥力较差，需要重点培肥。从表8还可看出，花溪古茶树分布较为集中的黔陶、久安、马铃及高坡4个地方土壤养分状况不尽相同。从综合得分来看，来自马铃的14个取样点土壤养分的综合得分较高，其中7.14%的土壤养分达到Ⅰ级状态，42.86%的取样点土壤养分达到Ⅱ级状态，31.25%的土壤养分达到Ⅲ级状态，表明马铃古茶树立地土壤养分状况总体较好。来自黔陶的13个取样点土壤养分综合得分最低，其中有76.92%的土壤养分处于Ⅳ级，表明黔陶古茶树立地土壤养分状况较差。来自久安6个取样点的土壤中，有2个处于Ⅱ级状态，2个处于Ⅲ级状态，2个处于Ⅳ级状态。高坡的4个土壤样本中，分别有25%和75%的土壤处于Ⅱ级、Ⅲ级状态，表明久安和高坡两地古茶树立地土壤养分状态处于中等状态。

表7花溪古茶树不同取样点土壤养分综合指标值及排序

Table7The comprehensive composition and sorting from different site soil of ancient tea tree in Huaxi

编号IFI排序取样点编号IFI排序取样点NumberSortingSamplingspotNumberSortingSamplingspotHX-2232.891马铃MalingHX-3318.7420久安JiuanHX-1029.382黔陶QiantaoHX-3218.6521久安JiuanHX-2528.793马铃MalingHX-3118.6222久安JiuanHX-2428.554马铃MalingHX-3716.8723高坡GaopoHX-127.145黔陶QiantaoHX-1916.1924马铃MalingHX-2026.826马铃MalingHX-914.2525黔陶QiantaoHX-1425.967马铃MalingHX-2914.1526久安JiuanHX-2325.88马铃MalingHX-613.8327黔陶QiantaoHX-3425.699高坡GaopoHX-1813.7428马铃MalingHX-2825.0810久安JiuanHX-2713.5529马铃MalingHX-2625.0711马铃MalingHX-1313.4330黔陶QiantaoHX-3522.3812高坡GaopoHX-712.6531黔陶QiantaoHX-1521.6713马铃MalingHX-1110.9132黔陶QiantaoHX-1721.0514马铃MalingHX-310.0333黔陶QiantaoHX-3621.0415高坡GaopoHX-29.4834黔陶QiantaoHX-820.9816黔陶QiantaoHX-59.0435黔陶QiantaoHX-2120.9217马铃MalingHX-48.7836黔陶QiantaoHX-1620.6518马铃MalingHX-128.1137黔陶QiantaoHX-3020.5019久安Jiuan

表8花溪古茶树土壤肥力综合指标值及不同肥力等级土壤所占比例

Table8IFIand ratio of different soil fertility grades of different sampling spots of ancient tea tree in Huaxi

取样点Samplingspot样本数Samplenumber变幅Amplitude均值Mean标准差Standarddeviation变异系数Coefficientofvariation/%不同肥力土壤所占比例/%ProportionsoilgradingineachsamplingspotⅠⅡⅢⅣ马铃Maling1413.55～32.8922.985.7825.157.1442.8631.2514.29黔陶Qiantao138.11～29.3814.467.0148.48015.387.6976.92久安Jiuan614.15～25.0819.293.5418.35016.6766.6716.67高坡Gaopo416.87～25.6921.503.6516.98025.0075.000合计Total378.11～32.8919.236.7535.102.7027.0335.1435.14

3 结论与讨论

土壤养分状态对茶树养分吸收同化、生长代谢、抗性生理以及茶多酚、咖啡碱、氨基酸等特征性成分的形成等方面具有重要作用[24]。古茶树由于长期处于无人管理状态，土壤养分分布极不均匀。从本研究可看出，花溪古茶树大部分立地土壤pH含量处于适宜范围，仅有少量土壤有酸化趋势，对这部分土壤可通过适当施用生理碱性肥料来缓解。花溪古茶树立地土壤有机质含量较为丰富，土壤碱解氮、速效钾含量也较为丰富，大部分花溪古茶树立地土壤交换性钙和交换性铝含量也处于茶树生长适宜范围，利于茶树的生长。但91.89%和86.49%的土壤全磷和有效磷含量极低，处于缺磷状态，提示花溪绝大部分古茶树生长地都亟需施磷肥。花溪古茶树立地土壤有效锰，仅有40.54%的土壤有效锰处于适宜范围，而各有20%左右的土壤有效锰处于缺乏或过量状态，在施肥时应根据实际情况进行调整。

本研究选取花溪古茶树立地土壤pH值、有机质、全氮、碱解氮、全磷、有效磷、速效钾、交换性钙、交换性铝、有效锰等10个指标进行土壤养分主成分分析，结果表明花溪古茶树立地土壤总体状态良好。花溪大部分古茶树分布区域周边伴生植物较为丰富，生态环境良好，大量枯枝落叶及动物腐尸等有利于土壤表面积累大量有机质，加之古茶树在长期生长过程中根系分泌物的大量积累导致土壤微生物活动、土壤理化结构的改善，使土壤中肥力能够较好地维持。综合4个区域土壤养分评价来看，马铃古茶树立地土壤肥力最好，其次是久安和高坡，黔陶古茶树立地土壤肥力状况最差。马铃古茶树分布区距离居民点较近，且多在田边地坎，受人类活动影响较大，农业生产中施肥等可能提高了土壤中养分物质含量；久安古茶树群由于政府保护力度较大，近年针对古茶树茶园进行了施肥活动，提高了土壤肥力；而黔陶古茶树主要分布在荒山中，长期处于无人管理状态，土壤养分状态较差。针对这类古茶树，政府应加大保护力度，制定科学合理的土壤培肥措施，提高土壤肥力，改善古茶树生长环境。

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(责任编辑张 韵)

EvaluationofnutrientstatusinsitesoilofancientteatreesinHuaxionprincipalcomponentanalysis

SONG Qinfei1，2， NIU Suzhen1，2， CHEN Zhengwu3， YIN Jie1，2，*， ZHOU Shaojun4， CEN Chunjiao1

(1.CollegeofTea，GuizhouUniversity，Guiyang550025，China;2.TeaEngineeringandTechnologyResearchCenterofGuizhou，Guiyang550025，China；3.GuizhouTeaResearchInstitute，Guiyang550006，China;4.InstituteofProductQualityInspection&TestingofZunyi，Zunyi563000，China)

This study was conducted to investigate soil nutrient status of ancient tea trees in Huaxi， Guizhou Province， and to provide the basic data for protection and rational utilization of ancient tea trees. Thirty-seven site soil samples were collected from Qiantao， Maling， Jiuan and Gaopo. The pH value， organic matter(OM)， total nitrogen(TN)， available nitrogen(AN)， total phosphorus(TP)， available phosphorus(AP)， available potassium(AK)， exchangeable calcium(ECa)， exchangeable aluminum (EAl)and available manganese(AMn) and the relationship between them were measured and analyzed. Then the method of principal component analysis was used to estimate the status of soil fertility by means of estimatingIFI. The results showed that the pH value， contents of exchangeable calcium and effective aluminum of site soil was suitable for ancient tea tree growth，the contents of soil organic matter， available nitrogen and available potassium were sufficient. But the content of total nitrogen， total phosphorus and available phosphorus were very low in 59.45%， 91.89% and 86.49% side soil， respectively. Available manganese changed greatly， only 40.54% side soil contained suitable available manganese for ancient tea tree. Soil integrated fertility index (IFI) was 19.23. According to the value ofIFI， side soil with fertility at middle grade accounted for 64.86%， so the soil fertility quality of side soil belonged to the middle level in general. The best nutrient status of side soil came from Malin， then Jiuan and Gaopo， the side soil from Qiantao was the worst， which suggested that soil fertility management should focus on increasing the content of phosphorus and nitrogen.

Huaxi; ancient tea trees; soil nutrient; principal component analysis

宋勤飞，牛素贞，陈正武，等. 基于主成分分析的花溪古茶树立地土壤养分评价[J].浙江农业学报，2017，29(11)： 1844-1853.

10.3969/j.issn.1004-1524.2017.11.10

2017-06-06

国家自然科学基金(31560222)；贵州省科研机构服务企业行动计划项目黔科合服企([2014]4008号)；贵州省教育厅自然科学研究项目[(2014)2995号]；贵州大学引进人才科研项目[贵大人基合字(2014)19号]

宋勤飞(1978—)，女，四川乐山人，硕士研究生，讲师，主要从事茶树栽培生理生态、茶叶生物化学研究。E-mail: song96@sina.com

*通信作者，尹杰，E-mail: yj_nxy@126.com

S571.1

A

1004-1524(2017)11-1844-10