安徽省潜山市茶叶种植土地适宜性评价

王 帅,张 军,汤正江,王 伟

(安徽省勘查技术院,安徽 合肥 230041)

安徽省潜山市位于皖西南大别山麓延伸地带,属于传统的山区农业市县,生态环境优越,是全国重点产茶县市之一,以“天柱剑毫”茶叶为代表的名优特产逐渐成为该市经济作物中的重要作物和山区支柱产业[1]。潜山市茶叶主要种植在塔畈、水吼、官庄、五庙、槎水、黄柏等乡镇,茶园面积73.8 km2,2019年茶叶产量为3 400 t,发展茶产业对潜山市经济发展具有重要意义。目前,潜山市茶产业尚存在茶园规模小、基础差、产量低等问题[2],这制约了潜山市茶产业的进一步发展。开展茶叶种植土地适宜性评价是解决上述问题的基础工作,可为潜山市高标准优质茶园的建设提供备选基地,从而扩大茶产业规模,提升茶叶综合生产能力,提高茶园经济效益,推动茶产业健康、协调发展[3-6]。

目前,安徽省皖南山区、歙县、岳西、六安、枞阳、宣城等地区[7-12]已开展了茶叶种植土地适宜性评价,为当地茶叶生产布局与资源配置提供了可靠依据。本文参照安徽省内其他县市茶叶种植土地适宜性评价方法,利用潜山市土地质量地球化学调查评价数据、土壤养分及环境评价成果,从土壤条件、地形条件和地质条件等方面出发,基于地理信息系统平台,采用模糊数学分析方法探讨了潜山市耕地、园地和林地茶叶种植土地的适宜性,为该市茶叶生产合理布局提供参考。

1 研究区概况

潜山市位于安徽省西南部大别山东麓,地理坐标为:116°14′～116°41′E,30°27～31°04′N,南北长约62 km,东西宽约28 km,总面积1 686.03 km2。潜山市东与桐城市、怀宁县相邻,南与望江县、太湖县相接,西靠岳西县,北依舒城县。该市属于北亚热带气候,四季分明、气候温和、光照充足、雨量丰沛。多年平均气温16.2 ℃,多数年份不出现-10 ℃以下低温,累年平均相对湿度为77%,累年平均日照时数为2 075.1 h,累年平均降雨量约1 400 mm。这种自然环境与气候条件适宜茶叶生长。

潜山市地貌受构造、岩性、气候、河流等内、外地质营力作用控制和影响,地势西北高、东南低,北部及西北部为大别山区,中部为山前丘陵、岗地,东南部为皖水、潜水下游构成的冲积平原(图1)。

1.山地;2.丘陵;3.岗地;4.平原;5.高产茶园;6.一般茶园;7.低产茶园图1 潜山市地貌图Fig. 1 Geomorphology of Qianshan City

1.1 北部及西北部大别山区

主要包括黄柏、槎水、塔畈、官庄、龙潭、水吼等乡镇,总面积831.2 km2,占全市总面积的49.3%。区内地貌类型复杂多样,以中低山为主。山体坡度一般为20°～30°,局部陡坡达40°～50°。该区主要出露大别岩群和燕山期中酸性侵入岩类(图2),主要土壤类型为黄棕壤、棕壤和少量石灰土,成土母质主要为酸性侵入岩类残积-坡积物和碳酸盐岩类残积-坡积物(图3)。

1.第四纪芜湖组亚砂土、粉细砂;2.第四纪下蜀组黏土、含铁锰结核黏土;3.新近纪砂岩、砂砾岩、砾岩; 4.白垩纪砂砾岩、粉砂岩;5.大别岩群变质表壳岩、变形变质侵入体;6.燕山期中酸性侵入岩类;7.断层;8.地质界线图2 潜山市地质图Fig. 2 Geology of Qianshan City

1.2 中部山前丘陵及岗地

山前丘陵主要位于潜山市中部,沿大别山呈条带状分布,上接大别山脉,下连岗地平原,海拔100～400 m,主要位于余井、黄铺、痘姆、源潭等乡镇,面积166.9 km2,占全市面积的9.9%。该区主要土壤类型为红壤,成土母质主要为中酸性侵入岩类残积-坡积物。

1.红壤;2.黄棕壤;3.棕壤;4.潮土;5.紫色土;6.石灰土;7.水稻土图3 潜山市土壤类型分布图Fig. 3 Different soil types in Qianshan City

岗地海拔40～100 m,分布于桐城—太湖断裂带东南部,主要位于源潭、余井、梅城、黄铺、王河等乡镇,面积403 km2,占全市总面积的23.9%。该区主要出露白垩系—新近系及少量第四系。该区主要土壤类型为紫色土,成土母质主要为新近系碎屑岩类风化物、第四系黏土和砂土。

1.3 东南部冲积平原

主要位于王河、梅城、油坝、黄泥等乡镇,面积284.9 km2,占全市总面积的16.9%。该区主要分布第四系沉积物。地势坦荡低洼,起伏小,河流纵横交织,塘堰星罗棋布,海拔40 m以下。该区主要土壤类型为水稻土和潮土,成土母质主要为河流冲积物。

2 土壤分布特征

根据本次潜山市土地质量地球化学调查结果,潜山市耕地、园地、林地土壤以酸性土壤为主(图4),中性土壤面积仅约9 km2,无碱性土壤。pH值为4.5～5.5的土壤面积为1 121.85 km2,在全区广泛分布;pH值为5.5～6.5的土壤面积为288.69 km2,主要分布在官庄镇、黄柏镇、源潭镇、龙潭乡以及东南部皖水河两岸;pH值为4～4.5的土壤面积为2.55 km2,主要分布在官庄镇,pH值<4的土壤面积约0.07 km2,仅分布在余井镇。

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图4 潜山市土壤pH值等级图Fig. 4 pH value grade of soil in Qianshan City

本次潜山市土地质量地球化学调查结果表明,潜山市主要以中等养分土壤和养分较缺乏土壤为主,其中中等养分土壤面积约700 km2,占评价区总面积的49.16%,主要分布在余井镇、塔畈乡、源潭镇、梅城镇、王河镇、油坝乡(图5);养分较缺乏土壤面积约563 km2,占评价区总面积的39.54%,主要分布在塔畈乡、源潭镇、天柱山镇、五庙乡、黄铺镇、痘姆乡;养分丰富和较丰富的土壤面积分别为2 km2和118 km2,分别占评价区总面积的0.16%和8.31%,主要分布在官庄镇、黄柏镇和槎水镇;养分缺乏的土壤面积约40 km2,占评价区总面积的2.83%,主要分布在五庙乡、痘姆乡和黄铺镇。研究区土地利用方式以水田和有林地为主,其次为旱地和园地,本次潜山市土地质量地球化学调查结果表明,潜山市土壤环境以无风险土壤为主,面积约1 380 km2,占评价区总面积的96.89%,在全市均有分布;风险可控土壤面积约44 km2,占评价区总面积的3.06%,主要分布在官庄镇、黄柏镇、源潭镇、龙潭乡等地区(图6),土地利用方式以有林地为主,其次为水田、旱地和园地;风险较高的土壤分布面积不足1 km2,占评价区总面积的0.04%,主要分布在痘姆乡,土地利用类型以有林地为主。

潜山市优质高产茶园主要分布于潜山市西北部官庄镇、塔畈乡、黄柏镇和槎水镇等地区,亩产一般>50 kg,最高可达150 kg以上,代表性茶园如塔畈乡彭河茶场、倪河茶场、西河茶场。潜山市低产茶园主要分布于五庙乡、水吼镇、痘姆乡等地,亩产多数<30 kg,最低<5 kg。潜山市典型优质茶园土壤、地形、地质条件见表1。

表1 潜山市典型优质茶园土地条件

3 研究方法

3.1 技术路线

以潜山市土地质量地球化学调查数据和第二次全国土地调查相关数据建立潜山市土地数据资料基础空间数据库和属性数据库。通过查阅茶叶种植文献和咨询专家筛选潜山市土地的评价指标,采用层次分析法计算单因子权重,采用模糊评价法建立隶属度函数,最后计算潜山市茶叶种植适宜性评价综合指数。

1.丰富—较丰富区;2.中等区;3.较缺乏区;4.缺乏区图5 潜山市土壤养分综合等级图Fig. 5 Comprehensive grade map of soil nutrients in Qianshan City

1.无风险区;2.风险可控区;3.风险较高区图6 潜山市土壤环境综合等级图Fig. 6 Comprehensive grade map of soil environment in Qianshan City

3.2 筛选评价指标

茶叶是典型的亚热带植物,具有喜光怕晒、喜暖怕寒、喜酸怕碱、喜湿怕涝等特征[13],其生长环境条件与土地条件中的土壤、地形和地质等因素密切相关[14]。

3.2.1 土壤

与茶叶密切相关的土壤条件包括土壤酸碱度(pH值)、肥力、质地、类型、环境等[15-16]。茶叶对土壤酸碱度极为敏感,适宜茶叶生长的土壤pH值为4.0～6.5,最佳pH值为4.5～5.5[17]。茶叶对土壤养分要求较高,土壤养分对茶叶生长发育影响显著[18-19]。土壤质地可通过影响土壤中水、肥、气的供应状态直接影响茶叶根系生长,进而影响茶叶根系吸收利用养分的能力[20]。根据潜山市优质茶园茶叶种植经验,一般以砂壤土为宜,砂性过强的土壤保水、保肥能力弱,质地过黏的土壤通气性差,均不利于茶叶生长。适宜茶叶生长的土壤类型较多,但土壤类型与土壤质地、土壤养分关系较密切。土壤环境密切影响茶叶生长,茶园土壤受污染时,茶叶的产量与品质会明显降低[21]。

土壤养分与环境以二调图斑为评价单元,土壤养分综合等级评价参照《DZ/T 0295—2016土地质量地球化学评价规范》[22],土壤环境综合等级评价参照《GB5618—2018土壤环境质量农用地土壤污染风险管控标准(试行)》[23]中的Cd、Hg、As、Pb等8项重金属含量的土壤污染风险筛选值和管制值。本研究以茶园为对象,因此风险筛选值采用其他分级标准[24],在单元素等级划分的基础上评价每个图斑的土壤环境地球化学综合等级。

3.2.2 地形

主要包括海拔、坡度、坡向等。随着海拔升高,气温和湿度均明显变化。在一定高度的山区,雨量充沛,云雾多,空气湿度大,漫射光强,这对茶叶生育有利,但在1 000 m以上会有冻害[25]。偏南坡为好,坡度不宜太大,一般要求30°以下[26]。潜山市海拔、坡度、坡向数据利用ArcGIS软件提取遥感数字高程模型数据分析获得[27]。

3.2.3 地质

地质条件主要表现为岩性对土壤母质的影响。不同岩性所含微量元素种类不同,对于优质茶叶的生长存在差异性。中酸性岩类风化物母质土壤质地疏松、养分充足,最适宜种植茶叶,其次为深变质岩类、片麻岩类风化物母质,最后为其他母质[28]。考虑茶叶生长、产量和质量情况,总结该区优质茶园土地条件、查阅文献、咨询茶农及茶叶专家,建立潜山市茶叶种植土地适宜性评价指标体系见表2。

表2 潜山市茶叶种植土地适宜性评价指标体系

3.3 确定因子权重及隶属度

采用层次分析法(AHP)和模糊数学法开展潜山市茶叶种植土地适宜性评价,构建层次分析结构模型,筛选参评指标并计算其权重表[29-30]。潜山市茶叶种植土地适宜性评价指标权重见表3。对于定性因子(如土壤质地、土壤类型、土壤母质)直接采用专家打分法获取隶属度;对于定量因子(如pH值,海拔等)采用模糊数学方法获取隶属度,依据各评价因子的影响程度建立隶属函数,求得各评价因子的隶属度[31-33]。

表3 潜山市茶叶种植土地适宜性评价指标权重

3.4 计算茶叶种植土地适宜性评价综合指数

茶叶种植土地适宜性评价综合指数计算公式为

(1)

式中:IFI为适宜性综合指数;n为评价因子数;Pi为第i个评价因子的权重;Xi为评价单元在第i个评价因子的隶属度,取值0.1～1.0。

通过计算得出潜山市茶叶种植适宜性综合指数最大值为0.921 9,最小值为0.209 1。采用ArcGIS自然间断点分级法(jenks)将茶叶种植适宜性综合指数划分为4个等级,分别为高度适宜区、中度适宜区、一般适宜区和不适宜区(表4)。

表4 潜山市茶叶种植土地适宜性评价分级结果

4 评价结果

4.1 高度适宜区

潜山市茶叶种植高度适宜区面积370.10 km2,占研究区面积的26%,主要分布在官庄镇、水吼镇、槎水镇、塔畈乡、龙潭乡等乡镇(图7,表5),土壤类型以黄棕壤、棕壤为主,土壤质地以砂壤土为主,土壤养分以较丰富-中等为主,土壤环境无风险。土壤pH值为4.5～6.5,海拔200～600 m,局部海拔600～800 m。坡度多为15°～25°,坡向东南、南、西南。岩性主要为大别岩群变形变质侵入体和燕山期中酸性侵入岩类,土壤母质大部分为酸性岩类风化物。潜山市中部和平村—天柱山及北部官庄镇驼岭林场一带土壤Se含量较高(>0.4×10-6,达到富硒土地标准),具有培育富Se茶叶的天然优势。因此,可以在天柱山茶场、塔畈乡彭河茶场、西河茶场、倪河茶场等优质茶场现有茶园基础上发展优质高产富Se茶叶。

1.高度适宜区;2.中等适宜区;3.一般适宜区;4.不适宜区;5.高产茶园;6.一般茶园;7.低产茶园图7 潜山市茶叶种植土地适宜性等级图Fig. 7 Land suitability grade for tea planting in Qianshan City

4.2 中等适宜区

潜山市茶叶种植中等适宜区面积为423.97 km2,占研究区面积的29.79%。中等适宜区在研究区北部到南部均有分布,主要分布于官庄镇、槎水镇、水吼镇等地区(图7,表5),土壤类型主要为黄棕壤,局部为棕壤,土壤质地以砂壤土为主,土壤养分以中等—较缺乏为主,土壤环境无风险。土壤pH值为4.5～6.5,海拔主要为100～200 m或600～800 m,部分地段海拔>800 m。坡度主要为5°～15°,坡向以西南坡、东南坡、东坡、西坡为主。岩性主要为大别岩群变形变质侵入体和燕山期中酸性侵入岩类。土壤母质主要为深变质岩类风化物,局部为酸性岩类风化物。该区土壤条件稍次于高度适宜区,可通过改善土壤养分、提升茶叶种植技术来提高茶叶品质,可规划为绿色无公害茶叶产地,官庄茶场、槎水镇茶场即位于该区内。

4.3 一般适宜区

潜山市茶叶种植一般适宜区面积222.58 km2,占研究区面积的15.64%。该区主要分布在研究区南部五庙乡、龙潭乡、痘姆乡,北部源潭镇等地区(图7,表5),多分布在山体北坡、西北坡,部分位于河流岸边地带。该区地势较低,海拔以<100 m为主,少数地区海拔>800 m。坡度较缓或较陡。土壤pH值多为4.0～4.5或5.5～6.5,土壤养分以中等-较缺乏为主,土壤环境总体较好。岩性主要为大别岩群变形变质侵入体。土壤母质以深变质岩类风化物为主。土壤类型主要为黄棕壤,土壤质地为砂土、砂壤土。该区土地条件相对较差,不宜首选为茶园开发。

4.4 不适宜区

潜山市茶叶种植不适宜区面积为406.55 km2,占研究区总面积的28.57%,主要分布于东部、东南部岗地及平原,少数分布于山间河谷谷底及两侧(图7,表5),现多种植水稻。岩性包括第四系亚砂土、粉细砂、黏土,新近系砂岩、砂砾岩、砾岩及白垩系砂砾岩、粉砂岩。土壤母质主要为河流冲积物、下蜀组黄土、红色碎屑岩类风化物等。土壤类型以水稻土、紫色土和红壤为主,土壤pH值较高或较低。潜山市东南部岗地土壤养分较高,茶叶产量中等,由于岗地海拔较低,茶叶品质稍次。潜山市东部平原和西部山间谷底,海拔低,易受水涝灾害,不利于茶叶生长,对茶叶产量和品质产生较大影响。因此,应尽量避免在不适宜区域建设茶园。

表5 潜山市茶叶种植适宜区统计结果

5 讨论

本次潜山市茶叶种植土地适宜性评价符合潜山市茶产业发展实际情况。潜山市优质高产茶园均位于塔畈乡、官庄镇、槎水镇的高度适宜区和中等适宜区,低产茶园多位于五庙乡、梅城镇的一般适宜区和不适宜区。

在官庄镇、塔畈乡、槎水镇、水吼镇等地区,高度适宜区和中等适宜区连片分布,且该区倪河村茶场和西河村广溪园茶场等优质高产茶场已初具规模,具有较好的茶叶种植基础。因此,可选择这些茶园周边的高度适宜区和中等适宜区适度扩大茶叶种植范围,壮大茶产业规模。五庙乡、痘姆乡以及东南部平原和岗地等低海拔地区,多数为茶叶种植的不适宜区和一般适宜区,该区茶叶产量较低、品质较差,经济效益较差,可将该区内茶叶改种为水稻、油菜、瓜蒌、油茶、桑树等其他农作物。除土地条件外,开展茶叶种植还应关注小气候条件和社会经济等因素[34]。实际茶园布局规划时,可在本次研究基础上进一步修正完善评价体系。

6 结论

(1)潜山市茶叶种植高度适宜区和中度适宜区面积分别为370.10 km2和423.97 km2,分别占研究区面积的26.00%和29.79%。高度适宜区主要分布在中西部水吼镇、龙潭乡和北部的官庄镇、塔畈乡、黄柏镇和槎水镇,在西南部五庙乡零星分布;中度适宜区主要分布在槎水镇、五庙乡、水吼镇、龙潭乡等地区。

(2)潜山市东南部平原地形低洼易受水涝,土壤类型多为水稻土,地质条件不利于茶叶生长,不适宜茶叶种植。