茶园土壤养分特征引起的茶叶品质及土壤养分质量问题受到各地区的关注和重视^[1]，西南地区茶园分布极广，截至2019年，我国茶园面积最大的3个省份均分布于西南地区，约占全国茶园总面积的43.8%^[2]，虽然目前对茶园土壤养分的研究较多，但学者多是以省、市、县行政区域为范围进行研究，因受制于有限的行政范围，而不可避免地忽视了自然地带性范围下的更为客观的土壤养分自然规律及属性特点，从而难以对其进行区别和联系。基于此本文将具有相似自然地理及气候属性的西南地区为整体自然地带区域进行研究。西南地区属多山高海拔地区，在为茶产业发展提供生态优势生产基础的同时，又受到喀斯特地质条件的限制^[3]，区域内地质活动频繁复杂，进而导致西南地区地质破碎不连续，地层交错演替发展，地质情况极为复杂，而在此基础上风化发育而来的土壤多继承了各地层基岩的理化特性。土壤的发育还受到明显的海拔梯度、垂直山地气候和复杂地形地貌等多因素的共同影响，因此这也进一步增加了西南地区土壤养分状况及类型分布的复杂性。

西南地区茶园土壤养分空间差异大，且茶园肥料投入过量，平均可施减化肥量达32.33%^[4]，此前尚未有学者对中国西南茶区土壤养分状况进行系统研究，故而摸清西南地区茶园土壤养分水平、特征及分布规律，明确限制因子，分析养分差异成因，是科学管理西南茶区土壤肥力、提高土壤质量及茶叶品质的重要依据，同时也在指导西南地区茶产业提质增效及乡村振兴战略方面具有现实的生产管理意义。

1 材料与方法

1.1 数据获取

以“茶园、茶产区、西南、云南、贵州、四川、重庆、西藏、土壤养分、土壤肥力、土壤理化性质、养分特征”及“Tea garden/Soil nutrient/Physical and chemical traits/Southwest of China” 为关键词进行组合，分别在CNKI（中国知网数据库）和Web of Science中检索，不限时段检索，最后一次检索时间为2020年2月25日，检索已公开发表的有关中国西南各省（区）茶园土壤养分研究的相关论文44篇（表1），研究总样本达2759个，共涉及122个县（市、区），其中：云南14个县（市、区）；贵州28个县（市、区）；西藏5个县（区）；四川（72+3）个县（市、区），因考虑到行政地缘及文献数量，故将涉及重庆地区的3篇文献纳入到四川合并计算。提取指标包括pH、有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、有效磷、速效钾、海拔、降水量。其中，对已明确海拔数据的直接从文献提取，无海拔数据但已明确经纬度或地名（村级）的，从LocaSpaceViewer软件中导入谷歌地图图层数据后，提取样地范围平均海拔数据，无海拔数据且样地范围过大的，在数据分析时不予引入。

（续表）

1.2 数据处理与分析

因不同学者撰写论文时各指标参数单位的表示不统一，且部分学者采集的表层土壤深度不一，因此本研究对数据进行了重新整理。对于采样深度统一选用“0～20cm”作为土壤表层样本；对于缺失值的处理，按统计学方法对缺失值小于10%的用所属地平均值替代，缺失数据大于10%的，在进行SPSS 25.0数据分析时以成对或成列个案进行排除；对于平均值统计，以加权平均值进行统计计算；因数据并未较好服从正态分布，指标存在方差不齐性情况，因此本研究的相关性分析将采用斯皮尔曼（Spearman）方法，多重比较将采用盖姆斯豪厄尔（Games-Howell）。本研究数据利用Excel2019进行存储，利用SPSS 25.0进行数据分析，利用Origin 2019进行图形绘制。

依据我国农业行业执行标准《绿色农产品产地质量标准》（NY/T391-2000）^[5]、《茶叶产地环境技术条件》（NY/T853-2004）^[6]中茶园土壤肥力分级标准，及优质高效高产茶园的土壤营养诊断指标^[7]，整合出茶园土壤养分分级标准（表2），以便对我国西南地区茶园进行土壤养分等级划分。

2 结果与分析

2.1 西南地区茶园海拔及土壤养分状况

对我国西南地区茶园土壤的养分状况统计 （表3），表明茶园土壤pH平均水平为4.59，有机质达30.54g·kg^-1，高于I级及优质高效高产茶园的肥力标准；碱解氮、有效磷和速效钾平均水平分别为142.37、12.87和84.67mg·kg^-1，其中碱解氮平均水平高于I级及优质高效高产茶园肥力标准； 全氮、全磷和全钾的平均含量分别为1.38、0.51和8.19g·kg^-1，其中全氮平均水平达到I级茶园肥力标准，全磷和全钾为Ⅱ级茶园肥力标准。从变异程度来看，pH变异程度最低，属弱变异外，其余均属于中等变异，变异程度表现为有效磷> 全钾> 全氮> 有机质> 全磷> 碱解氮> 速效钾>pH。

2.2 茶园土壤养分及自然状况

以西南各地优质高效高产茶园养分达标情况来看（表4），西藏茶园土壤平均达标率最高61.18%； 贵州居其次为49.94%；云南为49.84%，与贵州相当；四川40.15%。由表5可知，地区间养分指标表现出不同程度的差异。除西藏外，云南、贵州、四川均存在土壤酸化趋势，尤以四川最为明显；各省 （区）茶园土壤有机质含量较高，整体表现充足；速效养分中，各地碱解氮含量充足，但有效磷和速效钾含量缺乏；全量养分中，全磷的缺乏最为突出。西南茶区海拔高且垂直差异较大，除贵州与四川海拔接近外，云南、西藏与贵州和四川互呈极显著差异；年均降水量在西南各省（区）间均有显著差异。

由表5可知，茶园土壤pH西藏> 贵州> 云南> 四川，其中贵州和云南达到优质高效高产茶园标准。贵州和云南间差异显著（0.01<P ≤0.05），但两者与四川、西藏呈极显著差异，说明除西藏外西南各地区茶园土壤pH整体变化较为稳定，但四川茶园存在较为突出的土壤酸化情况。西南茶区有机质均处于较高水平，达到优质高效高产茶园标准。具体表现为：西藏（39.14g·kg^-1）≈云南 （39.03g·kg^-1）> 贵州（28.40g·kg^-1）> 四川（25.77g·kg^-1），西藏和云南间差异不显著，但与贵州和四川分别呈极显著差异。

注：不同小写字母表示在0.05水平上差异显著，不同大写字母表示在0.01水平上差异显著。

速效态养分中以碱解氮含量最为丰富，含量大小依次为：西藏> 云南> 贵州> 四川，平均含量均超过优质高效高产茶园碱解氮标准，优质高效高产茶园达标率在75%以上；有效磷含量除西藏较高外，云南、贵州、四川3省平均含量仅达Ⅱ级茶园标准，优质高效高产茶园达标率较低，西藏 （66.67%）> 云南（23.53%）> 四川（18.18%）> 贵州（13.16%），可见，西南茶区有效磷含量缺乏较为严重；速效钾含量表现不足，各地均处于Ⅱ级茶园标准，整体的优质高效高产茶园达标率情况较有效磷稍好。由此可见，土壤有效磷是限制西南地区茶业高效优质发展的一大因素。

土壤全氮以云南（2.03g·kg^-1）和西藏（1.77g·kg^-1）达到优质高效高产茶园标准，四川（1.28g·kg^-1）和贵州（1.26g·kg^-1）达I级茶园标准； 各省（区）茶园土壤全磷仅达到Ⅱ级茶园标准；对于土壤全钾，以西藏、贵州达到优质高效高产茶园标准，整体优质高效高产茶园达标率较高。综上，西南地区茶园土壤全氮含量整体较为充足，全磷缺乏，全钾偏低，全磷及有效磷的缺乏是西南地区高效优质茶园的重要限制因素。

西南地区茶园海拔分布，西藏（2058.22m）> 云南（1501.75m）> 四川（998.09m）> 贵州（990.83m），其中四川和贵州海拔差异不明显，但分别与西藏和云南呈极显著差异，西藏和云南间也有极显著差异；茶园海拔分布上，总体呈现出1000、 1500、2000m左右的三级分布梯度；而从变幅来看，4个地区的变幅均在700m以上，其中贵州和西藏茶园海拔变幅甚至超过1200m，由此可见，西南茶区垂直海拔差异的复杂状况。各省（区）降水量差异显著，平均降水量表现为四川> 云南> 贵州> 西藏，即呈从东至西先增大后减小的降水趋势。

2.3 土壤养分的典则判别分析

典则判别分析亦称Fisher判别分析（Fisher Discriminant Analysis，FDA），是根据线性Fisher函数值进行判别，其基本思路是投影，针对P维空间中的某点x=（x₁，x₂，…，x_p），寻找一个能使它降为一维数值的线性函数y（x）=ΣC_j x_j，然后应用这个线性函数把P维空间中的已知类别总体以及求知类别归属的样本都变换为一维数据，再根据其间的亲疏程度把未知归属的样本点判定其类别归^[8]。为探究土壤养分在各地间差异及联系，将西南不同植茶区的8项土壤养分指标进行典则判别分析，根据不同地区间的养分特征构造典则判别函数得分图，图1a显示了不同地区间的典则判别得分情况，可看出贵州和四川判别得分的组质心距离较近，区域重叠程度高，即土壤养分特征整体较为相似，进而导致判别信息的互叠程度高。而将海拔和降水量引入典则判别后，各地区判别函数得分在空间上可较明显地分离开来（图1b），其中西藏、云南分别与其他地区的空间互叠程度低，说明其在西南茶区中养分特征明显，而贵州和四川虽仍有部分互叠区域，但组质心距离已明显分离。综上可知，贵州和四川茶园土壤养分分异程度偏低，西藏与云南在得分空间中分离程度较好，养分特征明显；而海拔和降水对土壤养分特征有较大影响，可将西南茶区土壤养分特征进一步区分开来。

2.4 不同海拔及降水条件下的土壤养分特征

海拔对西南地区茶园土壤养分影响较大（表6），除与全钾无相关性外，与其余养分均存在极显著正相关关系，其中海拔与有机质关系最为密切，其次分别为全氮、全磷、pH、有效磷、碱解氮、速效钾。总体上西南茶区土壤pH随海拔的上升而增大（图2），土壤pH在<1000、1000～1200、1200～1600及1600m以上地区间差异显著。有机质含量随海拔在一定范围内的上升而增大，随后又开始下降，其中在1000～1400m范围内随海拔升高而呈显著增大，并在1200～1400m达到最高，此后在1400～1800m虽有下降趋势但差异不显著，而>1800m后有机质含量显著下降。这可能是不同海拔气温差异导致的，高海拔地区较低海拔地区气温低，更利于有机质的积累，但1800m以上地区，过低的温度可能使微生物活动、土壤酶活性等土壤生物化学反应速率大大降低，分解合成有机质的能力也随之降低。全氮和碱解氮随海拔的变化趋势相似，全氮整体上在1000～1800m随海拔增高而增大，并在1600～1800m地区含量达到最高，随后随着海拔增高而迅速降低；而碱解氮在1400m以下地区随海拔增高而增大，并在1200～1400m含量达到最高值，而后显著下降，但因为全氮在1600～1800m激增到最大值，使得碱解氮又在此有明显的增高趋势，此后随全氮含量的迅速降低而显著下降。全磷和有效磷含量随海拔的变化趋势相似，二者在1000～1400m范围内总体上随海拔升高而不断积累，但均在1400～1600m地区显著降低，而后两者均随着海拔升高而继续累积，且有效磷在>1800m地区较之前呈极显著增长，这可能是有效磷在高海拔地区较低的土壤温度下不容易损失，而保持了较高的磷素有效性。全钾和速效钾在不同海拔其趋势不完全相同，全钾及速效钾含量在>1200m地区均表现平稳，而在1200～1600m范围内全钾随海拔升高而降低，速效钾随海拔升高而增大，1600～1800m范围内两者均显著增大，并同时达到最高水平，之后又随海拔增高而平稳下降，这可能是因为全钾与土壤矿物组成有关，加之西南地区地质破碎活动频繁，各地层交替演化发展，即含钾矿物在海拔分布上无明显特征，而速效钾易受到降水影响，降水量大K⁺ 易流失。

注：* 表示显著相关（P<0.05）；** 表示极显著相关（P<0.01）。下同。

注：不同大写字母表示在0.01水平上差异显著。

本研究显示降水量极显著地影响了西南地区茶园土壤养分（表7），其中降水量与土壤全钾、pH、速效钾、碱解氮、有效磷、全磷为极显著负相关，与有机质、全氮为极显著正相关，在95%置信区间下，西南茶区茶园土壤pH与降水量回归关系见图3，随着降水量的递增，土壤pH整体呈现递减趋势，回归决定系数R² 表明此回归方程解释了29.6%的土壤pH方差变异。结合表5茶园土壤pH及年均降水量分析，两指标在西南地区的大小排序完全相反，具体表现如下：西藏年均降水量为1021mm，对应回归曲线中趋势线斜率最大段，说明西藏地区土壤pH受到降水的影响最为明显；贵州年均降水量为1249mm，对应回归曲线中趋势线最平稳段，说明降水对贵州土壤pH影响较小，这可能是适宜的海拔高度对pH的正向效应低抵消了由降水带来的负向效应；而云南和四川年均降水量分别为1460和1523mm，分别对应回归曲线中趋势线下降的次末段和最末段，说明降水对四川和云南茶园土壤pH有明显影响。

西南地区茶园土壤分布有较为明显的地带性特征，由南到北主要以砖红壤及红壤-黄壤-黄棕壤分布，由西到东主要以棕壤-黄棕壤-黄壤分布。图4显示，不同土壤类型下的土壤pH以棕壤、黄棕壤较高，pH均在5.0以上；黄壤较为居中，pH在4.79左右，而红壤、砖红壤最低，pH均低于4.4；有机质以砖红壤、棕壤最高，含量均超过60g·kg^-1，其次是红壤、黄壤、黄棕壤，平均含量均在20～40g·kg^-1。碱解氮含量以棕壤、砖红壤、红壤较高，含量超过200mg·kg^-1，而黄壤、黄棕壤较低，但也在100mg·kg^-1 以上；有效磷以黄棕壤、棕壤较高，而砖红壤、黄壤、棕壤较低，均在20mg·kg^-1 以下；速效钾以黄棕壤、棕壤较高，均超过100mg·kg^-1，而黄壤、砖红壤、红壤较低。全氮以棕壤、砖红壤、红壤含量较高，超过1.5g·kg^-1，而黄壤、黄棕壤稍低；全磷以棕壤较高，其余均偏低；全钾除砖红壤较低外，其余土壤类型均较高且超过10mg·kg^-1。

从养分整体状况来说，棕壤最好，其次是黄棕壤，再次是黄壤、砖红壤和红壤。具体表现为：棕壤的养分全面、丰富，指标均达到优质高效高产茶园标准；黄棕壤除总磷略有偏低外，整体养分较为均衡；黄壤有效磷、全磷较为缺乏；红壤、砖红壤有机质、碱解氮、全氮养分含量丰富，但其土壤酸化明显，且有效磷、速效钾、全磷较为缺乏。

3 结论与讨论

3.1 茶园土壤养分特征及影响因素

西南地区茶园土壤养分状况整体较好，以含氮类养分如有机质、碱解氮、全氮的含量较为丰富，平均含量均达到优质高效高产茶园标准；速效钾及全钾含量略有不足，有效磷及全磷含量缺乏；西南茶区土壤pH平均水平符合优质高效高产茶园标准，但域内土壤仍有不同程度的酸化趋势，除pH为弱变异外，其余指标均为中等变异，此结果与李玮等^[9]、任艳芳等^[10]、杨广容等^[11]的研究结果基本一致。

海拔的垂直山地气候对西南茶区土壤养分影响较大。通过对不同海拔茶园土壤分析可知，随着海拔的上升土壤pH也逐渐升高，这可能是高海拔寒冷环境下土壤微生物活动及酶活性低，根部有机酸等分泌物相应减少，由此可看出海拔因素在一定程度上控制了土壤酸化的发生，这与姜哲浩等^[12]、林小兵等^[13]的研究结果一致。本研究显示养分随海拔变化趋势明显，养分在1800m以下地区整体上随海拔升高而积累，而在1800m以上地区，除了有效磷显著增多外，其余养分含量均明显下降。这可能是1800m以上高海拔高寒地区土壤pH较高，间接影响了土壤固磷过程，使磷不易发生沉淀和吸附反应，降低对磷的固定作用，增大了磷的有效性^[14]，且1800m以上地区主要集中在降水量较少的西藏，而较少的降水量可能难以形成地表径流，对土壤颗粒形成侵蚀或淋溶影响小，进而保持了有效磷较高的活性^[15]。整体上西南茶区相较于常年高温多雨的福建、江西等地区茶园土壤有机质、碱解氮、全氮含量较高^[13，16-17]，受到高海拔低温影响，不利于有机质的矿化，土壤中微生物及土壤酶的生物化学活动较低海拔地区程度低，故而对有机质能量消耗少。

降水量对土壤养分及pH存在不同程度的影响。西南地区速效钾、有效磷含量低，尤其以有效磷缺乏突出，仅20.83%达到优质高效高产茶园有效磷标准。有研究显示降水量形成的地表径流对养分输出影响明显，尤其对全钾、全氮及全磷影响明显^[15]。土壤中磷素以淋溶形式损失的量与以地表径流和土壤侵蚀形式损失的量相当或者更大，土壤磷素渗漏迁移也可能是磷流失的一条重要途径^[18]。而结合西南茶区的实际状况，除西藏降水量偏少且植茶区基本属于河谷谷底或台地外，云南、贵州、四川3省年均降水量丰富且茶园多为坡地，因此更易于造成磷素流失，而钾在水溶液中溶解性较高，胶体性低，也易随地表径流而流失^[19]。此外，本研究显示降水量也明显地影响了土壤酸化的过程，这与张驭航等^[20]研究一致。

不同土壤类型的养分特征不同。棕壤及黄棕壤养分较为全面；黄壤缺乏有效磷、速效钾和全磷；红壤、砖红壤酸化严重，全量及速效态磷钾较缺乏，但其有机质、碱解氮、全氮含量丰富，这与江西茶区红壤肥力整体低下的表现不同^[13]，可能是由于西南地区红壤主要分布在云南西南部，该地区海拔较高、降水量大，平均海拔达1500m以上，气温较低，对有机质消耗较低，且古茶树分布较广，随着年限的延长枯枝落叶形成的有机质、碱解氮、全氮不断积累，而磷、钾素在降水量较为丰富的作用下，其淋失及径流损失作用较海拔带来的积累效应可能更为明显。

其他因素对茶园土壤养分的影响。研究表明，土壤全钾、全磷主要受到成土母质或基岩所影响^[21]，这一定程度上说明西南茶区全钾在不同海拔下无明显规律。在较低pH及较高温度下，土壤矿物表面吸附的磷可转化形成含磷的表面沉淀，造成矿物溶解转化以及磷生物有效性的进一步降低^[22]，这为本研究中得到的有效磷在1800m以上地区相较低海拔茶区含量显著性增多的结果提供了解释。速效钾虽可通过凋落物及腐殖质分解输出一定的数量，但茶树中的多酚会抑制土壤微生物和土壤酶活性，结合西南茶区高海拔的冷凉气候特点，使得分解释放进程更为缓慢。从施肥管理来说，可能长期受到氮肥增产的影响而重施尿素类氮肥，进而导致尿素在酸性条件下水解出较多的NH⁺ ₄，过量的NH⁺ ₄ 与K⁺ 竞争吸附点位，加剧了土壤K⁺ 的淋失^[23]；此外有研究显示，管理措施对土壤氮、磷、钾等养分的影响更大^[24-25]，因此科学的施肥管理也是影响土壤养分的重要因素。

3.2 西南地区茶园养分管理

根据我国茶园施肥现状的研究显示^[2]，存在贵州过量施磷、四川过量施氮、云南施钾不足的现象，而本研究表明，贵州茶园土壤磷素实际上仍然缺乏、四川土壤酸化严重（pH=4.3）、云南缺磷缺钾。结合此分析可知，贵州茶园磷素供给充足但实际仍表现缺磷的状况，说明磷素在贵州茶园的利用率极低；而四川氮肥的过量投入和丰富的降水量可能是导致茶园土壤极酸化的原因；云南与贵州情况类似，存在磷素利用率低的情况，此外，还存在钾肥投入不足的情况。

综合西南地区茶园土壤养分丰缺特征及肥料利用率情况，认为目前西南茶园养分管理的首要目标并非是对限制性养分进行施肥补充，而应当先从以下几方面入手。一是要调整优化土壤pH，如利用石灰等土壤改良剂提升至适宜pH，形成养分平衡的基础环境，对于氮肥应慎施或少施。二是提高磷钾肥利用率，目前多数农户因劳力及工时成本，习惯使用等比例通用复合肥多量少次施入^[2]，而容易造成无效供给和养分淋失，恶化土壤环境及养分供给能力，应按区域土壤养分差异，定制茶树的专用配方肥，并遵循有机无机肥配合施入的原则^[26]，以增强磷、钾在土壤中的迁移。此外，肥料施用应按茶树生长期分次施用，从而在整体上提高西南茶区磷、钾素养分利用效率，减少土壤质量恶化。三是提升茶园管理措施，如增加茶园绿肥套种面积，土层覆盖枯枝落叶等方式，减少强降水造成的土壤径流及淋溶导致的养分流失。基于以上3点，贵州和云南需适当提高土壤pH，防止土壤过酸化，其中贵州应注意适当提高土壤有机质，适当加强有机磷肥的施入；云南除磷肥外还需适量加强钾肥的施入； 四川茶园土壤酸化严重，应将调升土壤pH作为茶园管理的重点目标，同时适量增加有机磷、钾肥的施用，并可种植绿肥压青还田以改善土壤物理及养分状况；而西藏地区可不施或少施钾肥，适量增施磷肥，但受制于地质环境原因，且土体中夹杂了大量石块石砾^[27]，应采取措施提高区域茶树宜植性。

参考文献