基于模糊综合评判法的茶叶基地土壤肥力质量评价

基于模糊综合评判法的茶叶基地土壤肥力质量评价

土壤质量是土壤肥力质量、土壤环境质量和土壤健康质量的综合评价。它不仅是土壤特性的综合反映，也是最敏感的指标。因此，它可以反映自然因素和人类活动对土壤的影响。其中,土壤肥力质量是土壤质量的重要组成部分,是指在植物全部生长过程中,土壤同时的、不断的供应植物以最高水分和养分的能力,以及在光照、温度、湿度及土壤物理条件及其他因素都适合于特定植物生长时,土壤向该植物以适当的量和平衡的比例供应养分的性能。土壤肥力质量的高低直接影响着作物生长,影响着农业生产的结构、布局和效益等方面。湖南是我国4个产茶大省之一,其产量和面积均居全国第二,而长沙县“百里茶廊”是湖南省重要的茶叶生产基地之一。本研究以长沙县“百里茶廊”的6个茶叶基地土壤为研究对象,研究与分析各茶叶基地的土壤肥力质量的状况和变化规律,并应用相关分析和模糊数学原理,选用9项土壤肥力质量指标,建立综合评价体系,对其进行合理的评价,为该地区茶叶产业的可持续健康发展提供科学依据。1主要茶叶生产基地的选取长沙县“百里茶廊”位于长沙县东北部的春花、高桥、金井、开慧等9个乡镇,是长沙县农村产业结构调整的重要示范区。共包括10多个大小不等的茶叶生产基地,本研究选择长春茶场、金华茶场、金井茶场、湘丰茶场、开慧茶场和省茶科所茶场等6个主要茶叶生产基地为研究对象,并对其进行野外调查和土壤采集。供试各茶场均属典型的低山丘陵地貌,海拔在60—100m之间,坡度均在15°以下,地势开阔平坦。其中金井茶场、湘丰茶场和开慧茶场的土壤由花岗岩风化物发育形成,长春茶场和省茶科所茶场的土壤由第四纪红土发育形成,金华茶场的土壤由板岩风化物发育形成。按不同的成土母质类型、地貌类型及各茶园土壤面积大小等情况,分别采集各茶场耕层混合土壤样品8~23个,采样深度0~30cm,共采得土壤样品86个,每个土壤样品重1000—1500g。2评价指标和评价方法2.1土壤肥力评价测定方法茶树对土壤的酸碱度反应很敏感,喜酸性土壤,酸性的高低直接影响到茶树的生长以及茶叶的品质。土壤有机质含量是茶园土壤熟化程度和肥力水平的重要指标,较高的有机质含量是获得高品质茶叶的必需条件。土壤氮、磷、钾含量对作物的生长至关重要,茶树也是一样,且这三种元素的含量多少与比例是否适当,影响到茶叶的生长以及产量和品质的高低。因此,本研究选用土壤pH值、有机质、全N、P、K,有效N、P、K和缓效K等9项土壤肥力质量指标作为评价指标,各项指标的测定方法如下:pH:电位法;有机质:重铬酸钾容量法—外加热法;全N:半微量开氏法;全P:HClO4-H2SO4消化,钼锑抗比色法;全K:NaOH熔融,火焰光度法;有效N:碱解扩散法;有效P:0.5mol/LNaHCO3提取,钼锑抗比色法;有效K:NH4OAc浸提,火焰光度法;缓效K:1mol/L热HNO3浸提,火焰光度法。2.2土壤肥力质量指标的相关关系和调整我国领土辽阔,自然条件多种多样,土壤肥力质量高低差异很大,给出一个统一的土壤肥力质量评价标准相当困难。结合茶园土壤实际情况,本研究应用FUZZY(模糊)综合评判法对土壤肥力质量进行数值化的综合评价。其具体做法是:(1)S型(正相关型)隶属度函数。大多数土壤肥力质量指标属于这种类型,如有机质、氮、磷、钾含量等。作物的效应曲线呈现为S型,即开始时随着指标值的增加,效应强度上升迅速,达到一定的临界值后,随着数量增加,效应值稳定在一定水平线上。其隶属度函数如图1所示:相应的隶属度函数为:根据前人研究结果以及结合茶园土壤的实际,确定各指标的隶属度函数曲线中转折点的相应取值如表1所示。(2)抛物线型隶属度函数。作物的效应曲线呈现为抛物线型,即随着指标值的增加,效应值表现出开始时增加,然后达到最高点,最后下降的情形。如土壤pH值等,其隶属度函数如图2所示:据此建立如下隶属函数:根据茶园土壤的实际情况,确定土壤pH值在隶属度函数曲线中转折点的相应取值为:X1=4.0,X2=4.5,X3=6.0,X4=7.0。2.2.2建立国家火各质量指标间相关关系矩阵的矩阵权重是指评价指标对评价对象的影响程度或贡献率。本研究采用各指标间相关系数来确定权重系数。计算步骤为:(1)求单项肥力质量指标间的相关系数,建立各肥力质量指标间的相关系数矩阵R;(2)计算各因子与其它因子相关系数的平均值;(3)求出该平均值占所有肥力质量指标相关系数平均值之和的百分率即为该单项肥力质量指标在表征土壤肥力质量中的贡献率,由此可以得出各项肥力指标的权重(Wi)。2.2.3隶属度值和权重系数根据公式IFI=∑Wi·Ni计算出综合指标值,Ni和Wi分别表示第i种养分指标的隶属度值和权重系数。隶属度值和权重系数值应用MicrosoftExcel软件进行计算。3研究结果3.1不同茶叶基地土壤肥力的分布特征3.1.1土壤全n和全p含量土壤酸碱性环境对茶树生长影响很大。它影响土壤中各种物理和化学反应,对茶树吸收土壤营养元素的难易有明显作用。大多数必需的营养元素的有效性与土壤的pH值有关。茶树是一种喜酸性植物,适宜在酸性土壤生长。且适宜茶树生长的土壤pH值为4.0—5.5左右。从表2来看,各茶叶基地土壤的pH值较低,酸性较强,平均值均在5.0以下。其中开慧茶场和金华茶场的土壤pH值最低,平均值都只有4.01;金井茶场、湘丰茶场省和茶科所茶场的平均值在4.00—4.50之间;长春茶场土壤pH值最高,平均值为4.59。土壤有机质是土壤各种营养元素特别是氮、磷的重要来源。它还含有丰富的刺激植物生长的胡敏酸类物质。由于它具有胶体特性,能吸附较多的阳离子,因而使土壤具有保肥力和缓冲性。它还能使土壤形成疏松结构,从而改善土壤的物理性状。它是土壤微生物不可缺少的碳源和能源。从表2来看,土壤有机质含量整体处于中等水平,各茶叶基地差异不大。开慧茶场的土壤有机质含量较低,平均值为13.6g/kg;金井茶场、湘丰茶场和金华茶场土壤有机质含量的平均值都低于20.0g/kg,处于中下水平;长春茶场和省茶科所茶场的相对较高,平均值分别为21.2g/kg和22.4g/kg,处于中上水平。氮的生理作用为能够直接或间接影响茶树的代谢活动和生长发育,能促进茶树养分的吸收和同化作用,是茶叶中氨基酸、蛋白质、酶、辅酶、叶绿素和核酸等化合物的成分。从表3来看,各茶叶基地土壤全N含量的平均值基本都在1.00g/kg左右,含量较低。其中开慧茶场的最低,平均值是0.58g/kg;金井茶场、湘丰茶场和金华茶场平均值都在1.00g/kg以下,含量较低;长春茶场和省茶科所茶场其平均值分别为1.02g/kg和1.11g/kg,处于中下水平。各茶叶基地土壤有效N含量差异较大,整体属于中等水平。金华基地和开慧基地的较低,平均值为63.1mg/kg和63.4mg/kg;长春基地、金井基地和省茶科所基地土壤有效N含量平均值均在100mg/kg左右,属于中上水平;湘丰基地土壤有效N含量最高,平均值高达132.9mg/kg属于较高水平。3.1.2土壤P含量和K含量磷是茶叶中蛋白质的成分,在脂肪和碳水化合物代谢、呼吸、光合和许多其他代谢过程中都极为重要,能促进淀粉和叶绿素的合成,促进茶树根的生育和养分吸收。从表3可以看到,各茶叶基地土壤全P含量差异不大,都属于较低的水平。全P含量最高的省茶科所茶场,平均值也仅有0.55g/kg,其它均在0.30—0.50g/kg之间;大部分茶叶基地土壤有效P含量属于中等水平。金井茶场、湘丰茶场、开慧茶场和金华茶场的土壤有效P含量其平均值都在10.0mg/kg左右,含量中等;长春茶场和省茶科所茶场的平均值分别为22.8mg/kg和24.9mg/kg,含量较高。钾在茶树代谢中起调节作用,是合成碳水化合物和含氮化合物所必需的成分,能促进茶树根的发育,促进同化作用,调节蒸腾作用,增强茶树对冻害、病虫害等的抵抗力。从表3可以看到,各茶叶基地土壤全K受成土母质的影响,含量是较高的。长春茶场和省茶科所茶场的土壤由第四纪红土发育形成,全K含量相对较低,平均值分别为11.2g/kg和15.4g/kg。而金井茶场、湘丰茶场和开慧茶场大都在15.0g/kg以上,都是由花岗岩风化物发育形成的土壤,属于较高水平;金华茶场的成土母质主要为板岩风化物,含量较高。各茶叶基地土壤有效钾含量差异不大,属于中等水平。金华茶场和省茶科所茶场的平均值分别为99.0mg/kg和96.9mg/kg;其它茶场的平均值都在80.0mg/kg以下,其中以金井茶场的最低,平均值为57.5mg/kg,属于中下水平。各茶叶基地土壤的缓效钾含量是较高的,和全钾含量一样,受成土母质的影响较大。除长春茶场和省茶科所茶场的土壤缓效钾含量属于中下水平以外,金井茶场属于中上水平,平均值为325.2mg/kg;湘丰茶场、开慧茶场和金华茶场的平均值都高于370.0mg/kg,含量较高。3.2土壤肥力质量等级评价通过室内对样品的分析和数据的整理,根据以上9项土壤肥力质量指标的测定结果对茶叶基地进行等级评定。3.2.1土壤肥力质量[1.21.0]疗效值根据评价方法的隶属度函数公式和转折点的取值,计算出各项肥力质量指标的隶属度值Ni(表4),其值在0.1~1.0范围之内,值的大小反映了其隶属的程度,最大值1.0表示土壤肥力质量的最良好状态,完全适宜作物的生长,最小值0.1表示土壤肥力质量的严重缺乏。并为了计算的方便,将最小值定为0.1而非零,是符合生产实际的,这就消除了各参数指标间的量纲差异。3.2.2各因子及其它因子的相关分析根据9项指标的测定结果,求出单项肥力质量指标间的相关系数,得到如下相关系数矩阵R。由表5计算出各因子与其它因子相关系数的平均值;求出该平均值占所有肥力质量指标相关系数平均值之和的百分率,由此得到各项肥力指标的权重(Wi)(表6)。3.2.3土壤肥力等级5根据公式IFI=∑Wi·Ni计算出综合指标值,本研究拟定义IFI≥0.75为高等,0.75>IFI≥0.50时为中上,0.50>IFI≥0.25时为中下,IFI<0.25时为低等4个级别。可以得到各茶叶基地土壤肥力质量的评定等级(表7)。湘丰茶场和省茶科所茶场肥力质量为Ⅱ级,处于中上水平,长春茶场、金井茶场、开慧茶场和金华茶场均为Ⅲ级,处于中下水平。4茶田茶园土壤养分含量及施肥技术建议通过对长沙县“百里茶廊”的6个茶叶基地土壤的9项土壤肥力质量指标的分析研究表明,长沙县“百里茶廊”的6个茶叶基地土壤的整体肥力质量属于中等水平,茶叶基地土壤肥力质量,其中有1/3处于中上水平,2/3处于中下水平,土壤pH值偏低,全N和全P含量偏低,有机质含量和有效N、P、K含量中等,全K和缓效K含量较高。根据以上研究结果,对研究区茶叶基地的建设提出如下建议:(1)增施有机肥。土壤有机质是土壤各种营养元素的重要来源,使土壤具有保肥力和缓冲性。所评价的6个茶叶基地茶园土壤有机质含量都为中等水平,含量不高,所以应增施有机肥,进行土壤覆盖,防止表土冲刷,合理密植,增加凋落物的数量,在茶园中间套种绿肥,以提高改善土壤性质,土壤肥力质量。(2)合理施用N、P、K肥。适当多施N、P、K肥,因6个茶叶基地茶园土壤全N和全P含量较低,尤其要重施N肥和P肥。在施肥技术上要讲究科学施肥,注意N、P和K肥的比例协调,宜采用分期施肥,基肥、追肥结合。(3)改良酸性。茶树是一种喜酸性植物,其生长的最适宜土壤pH值一般为4.0~5.5左右,而所研究的6个茶叶基地中有相当一部分茶叶基地土壤p