基于GIS的六安市茶叶种植适宜性评价研究*

毛 雪，陈良松，马友华，王 静，唐 欣

(1.安徽农业大学经济管理学院，合肥 230036； 2.六安市土壤肥料站，安徽六安 237000；3.安徽农业大学资源与环境学院，合肥 230036)

0 引言

茶树是亚热带植物，有三大特点：喜酸怕碱，适宜生长在土质疏松、土层深厚、排水、透气好的酸性土壤中，pH 4.5～5.5时，茶叶的咖啡因、茶多酚及氨基酸含量会更高； 喜光怕晒，其产量和品质受光照强度的影响，光照中的紫外线可以提高茶的水色和香气，高山受辐射的紫外线较多，因此高山地带的茶叶会比平地的茶叶味香，也有“高山云雾出好茶”的说法[1-3]； 喜温怕寒、喜湿怕涝，茶叶喜欢温暖的环境，一般在20～25℃的气温中最适宜生长。

目前，国内外很多学者在茶树适宜性及其区划方面做了较多研究。主要从气候、地形、地质地貌和土壤因子等方面进行综合分析和评价，实现了基于气候适宜性角度的茶树精细化评价[4-5]。随着我国茶业经济的迅速发展以及学科交叉研究的不断深入，目前模糊综合评判法、加权指数求和法、灰色系统理论、多元函数方程、通径分析等现代数理统计学方法被广泛运用，并借助GIS与数学模型集成技术，因地制宜地开展茶树种植用地综合区划，为优化茶树种植提供了依据，推动了茶叶科研和生产[6-8]。

随着改革创新力度的加大，转变农业发展方式、加快推进特色农业现代化发展成为当务之急，茶叶作为六安市的特色农业，目前已形成了六安瓜片、霍山黄芽、舒城小兰花、华山银毫、金寨翠眉等知名品牌。为进一步规划六安市茶叶生产布局结构与发展方向，优化配置土地，将资源优势转化为经济优势，文章以六安市为研究区域，利用“县域耕地资源管理信息系统”对茶叶进行适宜性评价，基于已有的数据资源，进行综合的定量与定性分析，为茶树管理和规划提供准确、可靠的量化依据[9]，对六安市充分发挥区域自然资源优势、挖掘土地利用潜力、实现茶树优质高产和茶树用地可持续发展具有重要意义。

1 研究区概况

六安市地处北纬31°，拥有独特的地理环境优势，昼夜温差大，光合作用强，茶叶生长期长，茶树多生长在海拔500～700m 的高山上，山上云雾缭绕，湿度大，漫射光多，群山环抱，有利于茶多酚、氨基酸等营养物质的积累。市内贯穿佛子岭、磨子潭、响洪甸等六大水库，水系的云集程度世界罕有。茶叶是六安市主要的经济作物，是农业的主导产业，主要分布在霍山县、金寨县和舒城县等县区，现有六安瓜片、金寨翠眉、霍山黄芽等众多特色名茶，其中霍山、金寨、舒城、裕安是安徽十大产茶县区。近年来，茶产业成为六安市山区经济发展、茶农增收的主要支柱。2015年全市茶叶种植面积3.653 3万hm2，同比2014年增长0.79%，总产量2.367 8万t，同比2014年增长0.74%，取得了显著的经济效益，其中金寨县茶叶总产量7 600t，六安市辖区茶叶总产量6 878t，霍山县茶叶总产量6 764t。

2 数据来源与研究方法

2.1 数据来源

园地是农用地的一种，是种植以采集果、叶为主的集约经营的多年生木本和草本植物的土地，包括果园、茶园和其他园地。评价基于六安市茶园用地，借助GIS从六安市土地利用现状数据库中提取茶园用地以及行政区界线的空间矢量数据，与六安市行政区划图、土壤图叠加形成茶叶适宜性评价管理单元。数据主要包括研究区的地形、地貌、质地、剖面、土壤养分等。其中土壤数据包括耕层质地、pH、土壤类型等主要来源于六安市土肥站提供的1： 20万土壤图； 养分状况中的有机质、有效磷、速效钾、有效锌等数据来源于六安市历年土壤肥力监测点田间记载及化验结果数据和测土配方施肥土壤采样点所有化验数据； 研究区的海拔高度、地形、地貌等数据来源于六安市地形图。

2.2 研究方法

利用1985年第二次土壤普查以来积累的大量土壤资源调查数据以及六安市茶叶种植布局及发展资料，采用模糊评价法计算单因素评价评语、层次分析法计算单因素权重，最后利用加法模型计算六安市茶叶种植地力综合指数，并对茶叶种植的适宜性评价结果进行校验[10-11]。

3 研究内容

3.1 选择评价因子

通过组织六安市茶叶、土肥、农学、园艺、植保和农业经济管理等方面的专家进行集中研讨，根据重要性、差异性、稳定性、易获取性和精简性等原则[12-13]，采用模糊评价法确定六安市茶叶适宜性评价因子，得出六安市茶叶适宜性评价结果主要受地形地貌、剖面构型、灌溉排涝、有机质等多种因素影响，并选取了包括立地条件、剖面组成、土壤管理、养分状况和理化性状五大类共13个因子(表1)，作为六安市茶叶种植适宜性评价的指标体系。

表1 六安市茶叶适宜性评价因子

准则层指标层立地条件地形部位、地貌类型、成土母质剖面组成剖面构型、土体有效厚度土壤管理灌溉能力、排涝条件养分状况有机质、有效磷、有效锌、速效钾理化性状耕层质地、pH

3.2 确定评价因子权重

采用层次分析模型计算参评因子的单因素权重[14-15]。首先建立层次结构模型，构造相应的判断矩阵，对六安市13个评价指标进行层次单元排序及一致性检验，最后利用层次总排序及其一致性检验确定各评价因子的组合权重，结果见表2。

图1 六安市茶叶评价因子层次结构

表2 六安市茶叶适宜性评价因子的层次分析

指标层(C)准则层(B)立地条件理化性状养分状况土壤管理剖面性状组合权重0 35000 18330 20720 11240 1471∑CiAi成土母质0 35390 123865地形部位0 36110 126385地形地貌0 28500 09975耕层质地0 45710 08378643pH0 54290 09951357有机质0 44290 09176888有效磷0 22380 04637136速效钾0 21670 04490024有效锌0 11660 02415952灌溉条件0 53330 05994292排涝能力0 46670 05245708剖面构型0 39050 05744255耕层厚度0 60950 08965745

3.3 建立评价因子属性数据库

独立于ArcGIS系统和空间数据库，评价因子属性数据库的建立与录入可在Visual FoxPro下通过键盘输入的方式统一保存为DBF格式[16]。六安市茶叶适宜性评价选取的13个评价因子，根据其空间或属性数据库的特性，对每个评价单元进行数据赋值。地形部位、地貌类型、成土母质、剖面构型、耕层质地、有效土层厚度通过数字化形成矢量数据图，直接和评价单元进行叠加赋值； pH、有机质、有效磷、速效钾、有效锌等土壤养分使用普通克里金插值方法(Ordinary Kriging)，利用区域统计功能(Cell Statistics)，统计出评价单元与转换为栅格图的插值结果重叠区域的平均值，根据区域统计的唯一标识字段进行赋值[17-18]； 对于评价因子中灌溉条件和排涝条件分布密度较大且分布较为均匀的采样点采用耕地资源管理信息系统的以点带面法进行赋值。

3.4 确定评价因子隶属度

利用最小二乘法建立隶属函数模型，模型中各个指标与耕地生产潜力的关系分为戒上型、戒下型、峰型、直线型和概念型。前4种类型利用特尔菲法对一组实测值评估相应的隶属度，并根据数据拟合出隶属函数； 概念型包括地貌类型、质地、剖面构型等定性、综合性的评价指标，因与耕地生产能力之间呈非线性关系，评价时可用特尔菲法直接给出隶属度。

图2 六安市茶叶适宜性评价

表3 六安市茶叶适宜性评价分级

适宜性综合指数面积(万hm2)所占茶园地比例(%)高度适宜>0 70000 550415 07适宜0 6000～0 70000 779321 33勉强适宜0 5200～0 60001 820349 83不适宜<0 52000 503313 78

4 茶叶适宜性评价结果综合指数与适宜性等级

4.1 六安市茶叶种植地力综合指数

采用累加法计算每个评价单元的综合地力指数，公式为：

IFI=∑(Fi×Ci)

(1)

式(1)中，IFI(Integrated Fertility Index)代表耕地地力数； Fi为第i个因素评分值； Ci为第i个因素的组合权重。

4.2 六安市茶叶种植适宜性等级

采用累积曲线分级法确定六安市茶叶种植适宜性等级，根据样点分布频率，将累计曲线的拐点处作为每一等级的起始分值，共分为高度适宜、适宜、勉强适宜和不适宜4个等级，并邀请当地领导依据实际情况对评价结果进行校验，详见图2和表3。

5 六安市茶叶适宜性评价分区与特征

5.1 六安市茶叶适宜性评价分区

根据评价结果，六安市茶叶适宜性分区分为高度适宜、适宜、勉强适宜和不适宜4个等级。其中高度适宜区面积为0.550 4万hm2，占六安市茶园地的15.07%； 适宜区面积为0.779 3万hm2，占六安市茶园地的21.33%，勉强适宜区面积为1.820 3万hm2，占六安市茶园地的49.83%，不适宜区面积为0.503 3万hm2，占六安市茶园地的13.78%。结果表明，六安市适宜茶叶种植区占比36.4%，勉强适宜区占比接近50%，不适宜区占比相对较小，应根据当地的实际情况对六安市勉强适宜和不适宜区域进行改良或调整，可从事种植其他作物或用作他用。

表4 六安市茶叶分布

县名茶园地总面积(万hm2)适宜性评价等级面积及其占全县园地总面积比例高度适宜(hm2)比例(%)适宜(hm2)比例(%)勉强适宜(hm2)比例(%)不适宜(hm2)比例(%)金安区0 0559 187 778433 61332 061959 4338 11076 820 81210 14霍山县1 31862146 870816 282312 362817 547861 212059 62865 82056 56金寨县1 58042260 944914 302511 127615 897572 996347 923459 197621 89舒城县0 5246401 29777 651970 769437 572180 242141 56693 494113 22裕安区0 1738507 417129 19667 001638 37550 354431 6613 45710 78六安市3 65335504 309015 077793 323321 3318202 915549 835032 781013 78

图3 六安市茶叶适应性评价分区

5.2 六安市茶叶适宜性区域特征

由图3和表4可知，茶叶种植高度适宜区主要分布于霍山县和金寨县，占六安市茶园地面积的15.07%。这里以生产名特优茶为主，多低山丘陵和沟谷，土壤耕层厚度为4～25cm，有效土层厚度为70～285cm，平均pH 5.29，土壤呈酸性，质地以中壤至重壤、重壤至轻粘为主，有较强的排涝能力。由于当地水光热资源丰富，土层深厚，质地适中，水、肥、气、热较为协调，利于开发高品质和高产量的名特优茶，有巨大的增收潜力，土壤中各养分含量及水平见表5。

表5 高度适宜区主要土壤养分含量及水平

项目有机质(g/kg)有效磷(mg/kg)全氮(g/kg)有效锌(mg/kg)有效硼(mg/kg)平均值21 611 81 21 60 26含量水平中等中等中等中等缺

表6 适宜区主要土壤养分含量及水平

表7 勉强适宜区主要土壤养分含量及水平

表8 不适宜区主要土壤养分含量及水平

茶叶种植适宜区主要分布在霍山县、金寨县和舒城县。该区以生产中、高档绿茶为主，产量相对较高，诸佛庵镇、大化坪镇、古碑镇、舒茶镇、但家庙乡、东河口镇、东西溪乡、独山镇、分路口镇等乡镇为茶园主要分布地。该地多丘陵、低山、中山区和山间盆地，以粗骨土为主，耕层厚度4～30cm，有效土层厚度13～285cm，平均pH 5.27，土壤呈酸性，质地以沙壤至重壤、中壤至重壤为主，排涝能力较强，茶园分布面积大，以红绿茶兼营为主。生态环境相对于高度适宜区次之，通过改进生产技术和自然环境，可发展规模化种植。这里生产的茶叶品质优良且单产高，是六安市大宗名茶的主产区，土壤中各养分含量及水平见表6。

茶叶种植勉强适宜区主要分布在霍山县和金寨县。该地多低山、中山、丘陵区和山间盆地，以粗骨土和黄棕壤性土为主，耕层厚度4～30cm，有效土层厚度13～110cm，平均pH 5.27，土壤呈酸性，养分含量中等，质地以沙壤和轻壤至中壤为主，排涝能力一般，由于分布在山顶和阴坡处，热量条件较差，茶树易受霜冻危害，种植茶叶需要进行必要的土地改造。在该区域规划茶叶种植时，应从成本角度等方面考虑，积极推广和发展无公害茶园种植，努力提高茶叶单产和品质，土壤中各养分含量及水平见表7。

茶叶种植不适宜区在金寨县分布面积较大。该区茶园多位于中山区，以粗骨土为主，耕层厚度8～15cm，有效土层厚度13～65cm，平均pH 5.23，质地以沙壤为主，排涝能力较弱。该区水光热资源相对较差，土层厚度薄，养分含量低，低洼渍水且排水能力差，不利于茶树生长，土壤中各养分含量及水平见表8。

5.3 六安市茶叶种植的发展建议

(1)科学区划，建设适度规模的茶叶生产基地。六安市适宜茶叶种植的区域高达1.329 8万hm2，占全市茶园面积的36.4%，主要集中在霍山县、金寨县和舒城县，具有发展茶产业的巨大潜力和优势。首先要做好各乡镇的发展规划，选择基础条件较好的霍山县、金寨县和舒城县，充分依托和发挥当地独特的资源优势，利用得天独厚的宜茶环境，划定产地地域保护范围，强化科技支撑，培育出适合各乡镇发展的“拳头”产品。通过无性系良种良法栽培技术、有机茶生产技术、测土配方施肥等一系列技术集成，建立六安市现代高效生态茶园和高标准示范基地。

(2)综合整治，建设生态茶园。土壤是茶树生长和品质形成的物质基础。六安市东南部和西南部土壤呈弱酸性，可施硫黄粉或用生理化学酸性肥料来降低土壤pH以适宜茶叶生长； 土壤质地是反映土壤物理性质的综合指标，对金寨县东部和南部质地黏重、透水性差的区域进行深耕细作，配合施肥灌溉，熟化活土层，为茶叶生长创造良好条件； 土壤肥力是土壤为茶叶生长提供营养条件和环境条件的能力，六安市南部和西南部的土壤土体结构紧密、容重大、养分缺乏，需增施有机肥等培肥措施，在施肥中应注意将中量元素和氮、磷、钾配合施用并交换轮流施用多种肥料品种以达到平衡施肥。同时，要从生态经济系统的综合性和协调性出发，着重规划建设六安市茶园的排水和储水系统，并以预防病虫害防治为主，力求最大程度的减少茶叶农药残留，实现茶园生态建设。

6 讨论

该文通过计算茶园评价单元的综合指数，采用累积曲线法确定了六安市茶叶种植适宜性分为高度适宜、适宜、勉强适宜和不适宜4个等级。六安市适宜茶叶种植区主要分布在西南部、中部和东南部以及叶集区和霍邱县南部的小部分区域，北部因地形、土壤、气候等因素，不适宜种植茶叶，应根据因地制宜和针对性原则，合理规划，优化布局，提高六安市茶叶种植生产力，实现茶叶优质高产。

影响茶叶种植适宜性的因素主要包括自然环境因素和社会经济因素，该文是基于六安市气候环境相对一致的前提下着重对土壤和地形等因素开展的评价。为提高评价的科学合理性，今后在研究与实际应用中需引入不同地形的小气候、降水和社会经济等因素，进一步修正与完善评价指标体系。

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