茶[Camellia sinensis（L.）O.Kuntze]是世界上最古老、最受欢迎的非酒精饮料之一，茶树作为一种多年生叶用植物，土壤是其赖以生存和生长的物质基础，土壤肥力是土壤的基本属性和本质特征，是其物理、化学和生物等特性的综合反映^[1-3]。茶树的生长发育状况决定了茶叶品质，茶树生长发育过程中所需的各种矿质营养元素均来自于茶园土壤，茶园土壤养分的丰缺状况与供应强度将直接影响茶树生长发育和产量品质的表现^[4-5]。云南省是中国乃至世界上古茶园面积最大、古茶树分布最多的省份^[6]，近年来，市场对古树茶需求量不断增加，但茶农长期以“重采摘、轻管理、轻投入”的模式管理古茶园，此举势必会造成古茶园土壤养分亏缺、茶叶品质下降等问题发生，将极大影响古茶园的可持续利用与保护，以及古树茶品质与产量的提高^[7]。因此，及时地对古茶园土壤养分状况及肥力质量进行调查研究是改善茶园养分管理、实现茶叶优质高产和合理发展茶产业的前提条件，其在茶叶生产中具有重要的指导意义。

迄今为止，已有诸多学者针对云南省古茶树资源多样性、遗传多样性、古树茶品质以及古茶园土壤等多方面开展了大量研究^[8-12]；同时，项目组对澜沧江中下游流域多个名山头的古茶树资源生化成分多样性、土壤养分状况等^[13-15]进行了研究，掌握了该区域古茶树的地理生境、形态特征、生化成分和古茶园土壤养分状况等信息。冰岛五寨位于云南省双江县勐库镇，有着漫长的茶叶种植历史，是著名的核心产茶区，其生产的冰岛茶因独特、优异的品质成功入选“中华国茶名片”^[16-17]。为探明冰岛茶独特的品质特点与土壤养分间的关系，掌握冰岛五寨古茶园的土壤养分状况及肥力质量水平，本文聚焦冰岛五寨古茶园，对其土壤进行了调查、采样与检测，选用 8 项土壤养分指标，并采用模糊数学隶属函数模型和变异系数法，计算土壤肥力综合指数，综合评价冰岛五寨古茶园土壤养分状况及肥力质量。研究结果可为该地古茶园土壤养分管理提出合理建议，同时可作为云南省其他相似古茶园的参照，间接地为其土壤养分管理提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 研究区概况

冰岛五寨（23°74′～23°79′ N，99°89′～99°92′ E）位于云南省临沧市双江拉祜族佤族布朗族傣族自治县勐库镇北部，地处横断山脉南端，毗邻澜沧江与北回归线，南邻坝卡村，西邻耿马县大兴乡，东面、北面邻临翔区南美乡，距镇政府所在地 25 km。全村国土面积 25.79 km²，辖冰岛老寨（以下简称冰岛）、南迫、坝歪、糯伍、地界 5 个自然村^[18]；海拔在 1400～2500 m 之间，年平均气温 18～20℃，年降水量 1800 mm^[19]，气候凉爽，空气清新，属低纬山地季风气候的中间带，土壤为酸性土，土层深厚，土壤肥沃，为土夹石土，据调查目前尚存百年以上的栽培古茶母树 22.332 hm²，约 79732 株^[20]。

1.2 土壤样品采集与处理

土壤样品采集于 2021 年 10 月进行，采样地为冰岛五寨 5 个自然村的古茶园，采样时使用全球定位系统（GPS）进行定位，在相似海拔高度，距茶树施肥沟 5～10 cm 处以 S 型取样法进行取样，土样采集深度为 0～20 cm，混匀后用四分法弃取，使各混合土样保留 1 kg 左右，共计采集茶园土壤样本 105 个（表1）。土样在室内自然风干后，将待测土样过 2 mm 筛，用于测定 pH；过 1 mm 筛，用于测定碱解氮（AN）、有效磷（AP）、速效钾（AK）； 过 0.15 mm 筛，用于测定有机质（OM）、全氮 （TN）、全磷（TP）、全钾（TK）。过筛后，混匀保存至密封保鲜袋备用。

1.3 分析指标与测定方法

土壤理化指标参照《土壤农化分析》^[21]或现行国家标准与行业标准测定：pH 采用玻璃电极法 （NY/T1377—2007） 测定（ 水土比 2.5∶1）；OM 采用重铬酸钾容量法-外加热法测定；AN 采用碱解扩散法测定；AP 采用 0.5 mol/L NaHCO₃ 溶液浸提-钼锑抗比色法测定；AK 采用 NH₄OAc 溶液浸提-火焰光度法测定；TN 采用自动定氮仪法（NY/T1121.24—2012） 测定；TP 采用 NaOH 熔融-钼锑抗比色法（GB 8937—1988）测定；TK 采用 NaOH 熔融-火焰光度法（NY/T87—1988）测定。

1.4 茶园土壤养分分级标准

参照任艳芳等^[22]、刘娟等^[23]提出的茶园土壤养分分级标准，将茶园土壤分为Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ 3 个等级，Ⅰ级为优良、Ⅱ级为中等、Ⅲ级为较差 （表2）。

1.5 评价方法

1.5.1 土壤肥力质量单项指标隶属度的确定

本研究选取土壤 pH、OM、AN、AP、AK、TN、 TP 及 TK 8 项土壤常规养分作为土壤综合肥力质量评价的因子；基于模糊数学隶属函数模型，本研究除 pH 属于抛物线型外（公式 1），其余 7 个指标均属于 S 型（公式 2）。

抛物线型函数：

S 型函数：

式中，f（x）值为该项养分指标的隶属度，其值大小能够反映土壤养分的优劣；f（x）的取值范围介于 0.1～1，当 f（x）=1 时，则表明土壤中该项养分指标处于最优的状态；若 f（x）=0.1 时，则表明土壤中该项养分指标处于最差的状态；x 值为该项养分指标的实际测定值，x_max 和 x_min 分别为分级标准的最大值和最小值，x_a 和 x_b 介于分级标准最大值与最小值之间。

参照颜雄等^[24]和温继良等^[25]研究中的评价方法，确定 8 个养分指标的隶属度函数曲线转折点的相应取值（表3）。

1.5.2 土壤肥力质量单项指标权重系数的确定

权重系数能够表征养分指标对土壤肥力的贡献率或影响程度，参照白洁等^[26]的研究方法，本文以变异系数法（公式 3、4）确定单项养分指标的权重。

式中，V_i 是第 i 项指标的变异系数，也称为标准差系数；σ_i 是第 i 项指标的标准差；${\stackrel{-}{x}}_i$是第 i 项指标的平均数；W_i 是第 i 项指标的权重系数；∑V 是该项指标的变异系数之和。

1.5.3 土壤肥力质量综合评价

土壤肥力综合指数（IFI）能够直观、准确地反映土壤肥力质量的信息，根据隶属度函数模型和茶园土壤养分分级标准所确定的单项养分指标分值和权重，将二者相乘后再相加求和，结果即为 IFI（公式 5）。

式中，N_i 是对应评价指标的隶属度，即 f（x）值； n 为评价指标个数。IFI 数值越大，表明土壤肥力质量越高。

依照实际计算的数值，再结合前人的研究结果，可将 IFI 划分为 4 个等级（表4）。

1.6 数据分析

以上所有土壤检测数据均为 3 次平行实验的平均值，使用 Excel 2021 对数据进行整理、统计和标准化处理，Chiplot Online 进行相关性热图分析， Origin 2022 绘制柱状堆叠图与雷达图，Graphpad Prism 8.0.2 进行线性相关性分析，SPSS 26.0 进行因子载荷分析。

2 结果与分析

2.1 古茶园土壤养分含量

2.1.1 土壤 pH 值及有机质含量

由表5 可知，冰岛五寨古茶园土壤 pH 在 4.70～6.16 之间，均值为 5.45；优质茶园的土壤 pH 范围为 4.5～5.5，从各古茶园 pH 的分布频率来看 （图1A），5 个古茶园（冰岛、南迫、坝歪、糯伍、地界）达到优质土壤等级的样本分别占 14.29%、 95.00%、78.26%、76.19% 和 55.00%； 其中，南迫土壤 pH 最适宜茶树生长，95% 的样本达到Ⅰ级，冰岛土壤 pH 的状况稍次于其他古茶园，大部分为 Ⅱ级，达到Ⅰ级的仅占 14.29%。OM 含量范围在 14.97～123.24 g/kg 之间，其平均值依次为地界 >坝歪 >南迫 >糯伍 >冰岛，其中地界含量最高，平均值为 79.79 g/kg；根据其分布频率（图1B），除南迫外，其余 4 个古茶园均达到Ⅰ级且符合优质茶园土壤肥力标准，而南迫也仅有 5% 的样本处于Ⅲ级； 5 个古茶园土壤 pH 与 OM 的变异系数均小于 30%，表明各古茶园土壤上述 2 个指标的差异较小。

2.1.2 土壤速效氮、磷、钾养分含量

如表6 所示，AN 含量范围为 78.17～327.37 mg/kg，其中南迫与地界的含量较高，均值分别为 229.52 和 227.78 mg/kg；冰岛的含量最低，均值为 155.97 mg/kg。据分布频率图（图2）显示，南迫和坝歪的土壤样本均达到 Ⅰ 级，而冰岛和糯伍均有 4.76% 处于 Ⅲ 级，属于供氮不足的状况；但大部分古茶园 AN 含量还是比较充足的。AP 含量范围在 10.35～474.54 mg/kg 之间，冰岛、南迫和地界 3 个古茶园土壤样本均全部达到 Ⅰ 级；坝歪、糯伍仅有 4.35%、4.76% 为 Ⅱ 级，其余也均为 Ⅰ 级；总体上，AP 含量储备充足，尤其是冰岛古茶园的 AP 含量处于高位水平。AK 含量在 56.67～590.00 mg/kg 之间，冰岛、南迫、糯伍和地界 AK 含量较为充足，坝歪相较于上述 4 个茶园 AK 含量较低，达到 Ⅰ 级的土壤样本占 69.56%，有 4.35% 处于Ⅲ 级，由此表明坝歪古茶园的部分土壤缺乏钾素，需及时进行补充。5 个古茶园 AN 的变异系数均低于 30%，属于中等弱变异；土壤 AP 和 AK 含量分布极不均衡，几乎均大于 30%，属于强变异； 尤其是南迫 AP 的变异系数高达 82.13%。

2.1.3 土壤全量氮、磷、钾养分含量

由表7 与图3 可见，TN 含量范围为 0.33～5.34 g/kg，南迫、地界 TN 含量均值分别为 3.20、 3.47 g/kg，且冰岛、南迫与糯伍 3 个古茶园的全部样本均达到Ⅰ级，处于土壤 TN 含量的高位水平，从总体来看，各古茶园 TN 含量是较为丰富的。TP 含量范围在 4.68～22.38 g/kg 之间，TK 含量范围为 14.94～45.41 g/kg；冰岛、南迫、坝歪、糯伍和地界的 TP 和 TK 含量平均值分别为 14.63、1 1.24、6.91、6.69、10.10 和 27.30、27.12、38.49、 29.05、30.40 g/kg，所有样本 TP 和 TK 含量均达到 Ⅰ级且远高于优质茶园土壤肥力标准，由此可以看出，5 个茶园的 TP 和 TK 含量是非常充足的。TK 含量空间分布均匀，其变异系数均在 30% 以下， TN 和 TP 的变异系数范围分别为 12.10%～38.49% 和 11.75%～34.78%，有少部分茶园发生强变异，变异系数大于 30%，表明上述 2 个养分指标相对差异较大。

续表

2.2 古茶园土壤肥力质量综合评价

2.2.1 单项肥力质量指标隶属度和权重

根据模糊数学和变异系数法，按其公式可计算出土壤肥力质量单项指标隶属度和权重系数，结果由图4 和表8 可见。据雷达图显示，地界与南迫古茶园的各土壤肥力质量单项指标隶属度值在“1.0” 附近的点相对集中，而其余 3 个茶园的点分布较为分散，由此可见，地界与南迫的各单项肥力指标分布均衡，肥力质量较为稳定。古茶园土壤各项养分指标的权重系数差异较大（表8），其中 AP 的权重系数（0.32）较大，pH 的权重系数（0.02）较小；OM、AN、AK、TN、TP、TK 的权重系数相差不大，均在 0.07～0.16 之间；表明该地古茶园土壤肥力保持主要是依靠于土壤中的磷素，而 pH 对土壤肥力的影响不大。

为进一步探明冰岛五寨古茶园土壤各养分指标间的关系，对各土壤养分指标进行 Pearson 相关性热图分析，结果由图5 可见。在 28 对土壤养分指标中，有 17 对养分指标具有相关性；其中，土壤 pH 值与其他 7 个养分指标均具有相关性，其与 AP、AK、TP 呈极显著正相关（P<0.0001），与 TK 呈显著负相关（P<0.05），与 OM（P<0.001）、 AN（P<0.0001）、TN（P<0.01）呈极显著负相关；OM 与 AN、TN 均呈极显著正相关（P<0.0001）， AN 与 TN 呈极显著正相关（P<0.0001），AP 与 AK、 TP 呈极显著正相关（P<0.0001），与 TK 呈极显著负相关（P<0.01）；AK 与 TP 呈极显著正相关 （P<0.0001），TK 与 TN 呈显著负相关（P<0.05），与 AK（P<0.01）、TP（P<0.001）呈极显著负相关。土壤各养分指标间的相关性具有一定的规律，土壤 pH 值与磷素呈正相关关系，与氮素呈负相关关系； OM 与氮素呈正相关关系，全量与速效氮素、磷素均呈正相关关系，钾素呈负相关关系，且上述各养分指标间的相关性均达到极显著水平。

注：* 为显著性相关（P<0.05）；**、***、**** 分别为 P<0.01、P<0.001、 P<0.0001 水平极显著性相关。

2.2.2 土壤肥力质量综合评价

如表9 所示，冰岛五寨古茶园土壤 IFI 值的变幅为 0.69～0.95，均值为 0.84，按照该值由高至低的次序排列为南迫（0.95）>冰岛（0.90）>地界 （0.89）>糯伍 >（0.75）>坝歪（0.69）；除坝歪古茶园的土壤肥力综合指数为 Ⅱ 级，属中上水平外，冰岛、南迫、糯伍和地界 4 个古茶园的土壤肥力综合指数均处于 Ⅰ 级，属较高水平；说明上述 4 个古茶园的土壤肥力质量较好。从各古茶园土壤样本 IFI 值的范围与分布频率来看（图6），冰岛、地界和南迫分别有 90.48%、85.00%、70.00% 的样本均达到了土壤肥力 Ⅰ 级标准，且无土壤样本处于肥力质量水平较低的Ⅳ级，说明上述 3 个古茶园的土壤肥力质量状况良好，能够满足优质茶叶生长的条件；而坝歪和糯伍两个古茶园处于中低肥力水平的土壤样本较多，分布在 Ⅲ 级、Ⅳ 级的土壤样本分别占 26.08% 和 19.05%、17.39% 和 14.28%，且 IFI 值的最小值分别为 0.41 和 0.31，是肥力低的表现，土壤肥力质量状况相对较差；综合来看，在 5 个古茶园中，冰岛古茶园的土壤肥力质量水平是最优的，且样本达到土壤肥力 Ⅰ 级的数量也是最多的。

将土壤 IFI 与各养分指标进行线性相关性分析，结果见图7。分析结果显示，8 个养分指标均与 IFI 存在一定的相关性；其中，IFI 与 pH 呈显著性正相关（P<0.05），与 OM、AN、AP、AK、TN、 TP 呈极显著正相关（P<0.01），与 TK 呈极显著负相关（P<0.01）。为进一步了解土壤肥力综合指数与各养分因子间的载荷情况，将 IFI 值与 8 个养分指标进行因子载荷分析，分析结果见表10。根据表10 中的信息显示，提取特征值大于 1 的前 2 个主成分，累计方差贡献达到 65.688%。TP、AP 与 IFI 在第一主成分上有较高载荷，分别为 0.873、 0.794、0.791；OM、AN、TN、IFI 在第二主成分上有较高载荷，分别为 0.872、0.841、0.835、0.410； 冰岛五寨古茶园土壤养分指标中 TP、AP、TN、 AN、OM 的含量对土壤综合肥力的影响比较大，应注意加强氮素与磷素这两类养分指标的空间分布协调性与供应能力。

3 讨论

茶树是典型的喜酸作物，一般认为茶树适宜的 pH 值上限为 6.0～6.5，最适宜茶树生长的 pH 值为 4.5～5.5^[27-28]。据前人研究报道，凡品质好的名茶，茶区土壤 pH 值均较高，世界上对茶叶品质较重视的几个国家，如印度（5.4～6.0）、斯里兰卡（6.0～7.0）、日本（6.0 左右）茶区的土壤 pH 值也不太低^[29-30]；高超等^[31]的研究表明，古茶树种质资源中可能隐藏着适应更广 pH 值范围的特异种质，部分古茶园土壤 pH 值接近中性，但其长势、品质与产量仍然较好。在本研究中，南迫、坝歪、糯伍、地界 4 个古茶园大部分的土壤样本 pH 值均处于最适宜茶树生长的范围，而冰岛古茶园的 pH 值稍偏大（5.38～6.16）；同时，研究发现土壤 pH 值与 AP、TP 含量呈显著性正相关，冰岛古茶园的 AP、TP 含量远超其余 4 个茶园且达高位水平。TP 含量的高低标志着土壤供磷潜力的大小，而 AP 含量则与茶叶品质成分中水浸出物、茶多酚、游离氨基酸及咖啡碱等物质有关^[32-33]，对比前期古茶树资源生化成分的测定结果，发现冰岛古茶树鲜叶的水浸出物（41.55%）、茶多酚（34.63%）、游离氨基酸（4.70%）、咖啡碱（33.56 mg/g）及黄酮总量（8.36 mg/g）含量均较高，且上述品质成分与土壤 AP 含量呈正相关关系，这与大部分研究结果一致^[34-36]。

茶园土壤养分的丰缺状况与供肥能力是影响茶树生长发育、茶叶产量及品质滋味等诸多方面的重要因素之一^[37]；研究表明，茶树是多年生叶用植物，长期种植、采摘却不施肥会导致茶园土壤肥力下降，由此产生的土壤养分缺乏或供应不足的情况将直接降低许多与品质相关的代谢物丰度^[38]。在本研究中，冰岛五寨古茶园土壤 OM 丰富、全量养分含量充足，但在少部分古茶园中存在 AN 与AK 含量偏低、养分缺乏的现象。茶树喜氮，土壤中的氮素能够增强其光合作用，提高叶绿素含量、芽叶嫩度，增进茶芽萌发和新梢伸长，增加新梢轮次，延长采摘时间，进而提高鲜叶产量；缺氮将会导致茶树生长势较弱、叶色枯黄、芽细叶小、品质差和产量低等情况^[39-41]。土壤中的钾素能够明显增强茶树抗旱、抗病虫害的能力，同时能显著提高茶叶中游离氨基酸、咖啡碱、茶多酚及水浸出物的含量，且红茶的茶黄素与茶红素含量也会相应提高，上述物质以游离氨基酸含量的增幅最大，进而使酚氨比显著降低^[41-43]。乔春连等^[44]研究表明，施用合成氮肥能够显著提高土壤氮素的供应，且不会影响土壤 OM、AP 和 AK 的含量，但此举会导致茶园土壤酸化趋势明显。王瑜等^[45]认为，适当施用氮肥能够提高茶树的新梢长度、重量以及数目，进而提高茶叶产量，故施肥应以氮肥为基础比例，在单位面积施肥量相同的基础上适当降低磷肥与钾肥的配比，能够显著提高茶叶的制率。吴利荣等^[46]表明，在红壤茶园中以 2∶2∶1 的比例配施氮磷钾肥，能够最大成效地改善茶园缺素症的情况。因此，结合本文研究区古茶园的土壤类型及养分含量状况，在确保其余养分指标不受明显影响的情况下，建议茶农以有机与无机肥料混合^[47]、高氮低磷中钾的配比合理增施肥料，既能减弱土壤酸化趋势，又可及时补充土壤中的氮素、钾素，以最大程度提高茶叶的有效产量。

4 结论

冰岛五寨古茶园土壤 pH 状况良好，OM 含量丰富，全量养分储备充足且远高于优质茶园肥力标准，AP 含量高，但冰岛与糯伍两个古茶园部分样本的 AN 含量低，存在供氮不足的情况，坝歪古茶园的 AK 含量相对较低。根据模糊数学隶属函数模型与土壤 IFI 的计算结果，南迫古茶园最高，坝歪古茶园最低；综合来看，冰岛古茶园土壤肥力质量最稳定、最优。基于相关性分析与主成分分析，可获取土壤各养分指标间相关性存在的规律，以及 OM、氮素、磷素这 3 类养分因子含量对土壤综合肥力影响较大的信息。建议合理增施以高氮低磷中钾配比的有机与无机混合肥料。

参考文献