茶叶是世界上三大健康饮料之一，饮茶已成为人们健康生活方式的重要内容。同时，茶树也是一种具有较强富硒能力的植物^[1]，且茶树体内的硒主要以更有益于人体健康的有机硒形式存在（比例为 80% 以上）^[2]，是理想的天然富硒资源。随着人们生活水平的提高，硒元素与人类营养和健康的关系逐渐为大家所关注。有研究表明，硒参与细胞抵抗氧自由基对细胞的氧化作用，对镉、铅等重金属具有拮抗作用，具有提高人体免疫功能、抗衰老和抗癌等作用，人体缺硒容易发生心肌系统的克山病和某些消化道癌症^[3-7]，因此，适量补硒有益于人体健康，而补硒已成为当今一种新的养生之道。通过饮用富硒茶来摄入硒元素被认为是一种安全、有效的补硒途径，而富硒茶的形成却是多种环境因素综合影响下形成的。研究表明，茶叶中硒的含量主要取决于茶园土壤中硒的含量^[8-9]，茶叶硒含量与茶园土壤硒含量密切相关^[10-11]，但不是简单的线性关系，土壤硒含量较低的茶园也有富硒茶的产出^[12]。茶叶中硒含量还与土壤理化性质[土壤 pH、有机质、铁和铝、黏粒、以及阳离子交换量（CEC）等]^[13-14] 及植物富集系数^[15-17]等密切相关，茶叶中硒与土壤有机质存在极显著正相关关系（P<0.01）^[12]；而茶叶硒富集系数（全基量）与土壤全硒呈极显著负相关^[2]。此外，茶叶全硒含量还与水解性氮、锌含量存在显著相关关系^[12]。

茶树是富硒能力较强的植物^[1]，土壤硒供应充足时茶叶中硒累积量较高，在富硒土壤上开发生产富硒茶叶具有很大的潜力。我国有大面积的富硒土壤，根据国土资源部中国地质调查局在中南地区、东南地区及西北地区的调查结果，在湖南新田县、青海平安县、江西丰城市等多个区域发现有富硒土壤，在调查的 188 万 km² 农区土壤中，我国有富硒土地资源 3.6 万 km²，占调查区内耕地面积的 3.9%。其中，小麦、水稻等大宗农作物及多种蔬菜、水果、茶叶等经济作物均已达到富硒农作物标准。同时，在湖北恩施、贵州凤冈、陕西紫阳和安徽石台等地还发现有大面积的富硒茶园，这些茶区形成了中国富硒茶的生产地带^[18]。滇西南作为云南茶叶的主产区，茶园种植面积和茶叶总产量均位于中国前列，是中国著名的茶叶产地。调查发现，滇西南也存在大面积集中连片的富硒土壤，这为开发富硒农产品、发展富硒农业提供了可能。但是否滇西南所有的茶园都适合开发富硒茶叶也还没有定论，因此，亟需一套科学的遴选方法来确定富硒茶甚至富硒农产品的开发区域，而目前关于从模糊数学角度全面考虑土壤中多个因素进行富硒茶园产地土壤适宜性评价体系的研究还很少。本研究根据土壤适宜性评价指标分级标准，通过模糊数学模型的 S 型或抛物线型隶属度函数确定指标隶属度，并通过各指标间的相关系数确定各指标权重，通过将单项指标的权重与指标隶属度相乘后相加得到适宜性指数，最后结合地理信息系统技术的方法，探索适用于富硒茶叶产地土壤适宜性评价方法，该方法应用于著名茶叶产地临沧市和普洱市，可以为合理开发利用富硒土壤资源、开发富硒茶叶提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 筛选评价方法的构建

1.1.1 评价指标的选择

富硒茶的生长是多种环境因素综合作用的结果，不同因素对富硒茶叶产地土壤适宜性的影响程度差异很大，评价指标的选择将影响土壤适宜性评价划分结果的科学性。本次研究所选茶叶产地土壤适宜性评价参评因素主要遵循以下原则。

（1）针对性：应尽量选取能够长期稳定影响土壤的适宜性程度的因素。

（2）敏感性：指标应对富硒茶叶产地土壤适宜性的变化有较为灵敏的反应。

（3）可得性：指标应容易定量测量，数据结果具有较高的再现性和精密性。

（4）经济性：适当选择采样分析成本较低的指标。

茶树是喜酸性植物，土壤 pH 不仅可以影响茶树的生长和茶叶的产量和品质，还可以影响硒在土壤中的形态、存在价态^[19-20]；土壤有机质是土壤肥力水平的一项重要指标，可以提供茶树生长所需要的各种营养元素^[21]；而硒是茶树生长所需的元素，且茶树本身对硒有较强富集作用^[3]。研究表明，茶叶硒含量与茶园土壤硒含量密切相关^[10-11]，但不是简单的线性关系，土壤硒含量较低时，也有富硒茶的产出。此外，茶叶中硒与 pH 存在正相关关系^[22]，与土壤有机质存在极显著正相关关系（P<0.01）^[12]；而茶叶硒富集系数（全基量）与土壤全硒呈极显著负相关^[2]。因此，本研究最终确定土壤 pH、有机质、硒含量和茶叶硒富集系数 4 项关键指标作为富硒茶叶产地土壤适宜性评价的参评因子。

1.1.2 茶园土壤适宜性筛选评价指标分级标准

土壤 pH、有机质含量和硒（全量）含量 3 个评价指标的分级参照任艳芳等^[23]提出的茶园土壤养分分级标准以及表层土壤硒丰缺划分界限值^[24]，而茶叶硒富集系数的分级则参照已有文献、调查数据进行划分，大致将茶园土壤适宜性评价指标分级标准确定为最适宜、较适宜和不适宜 3 个等级。见表1。

1.1.3 茶园土壤适宜性指数的计算方法

本研究中采用土壤 pH、有机质、硒和茶叶硒富集系数 4 项指标作为富硒茶叶产地土壤适宜性评价指标，利用模糊数学隶属函数的方法可以将各因子对富硒茶叶种植的适宜度定量化，其中，pH 属于抛物线型函数，其余 3 项指标均属于 S 型函数。

S 型函数：

$f\left(x\right)=\left\{\begin{array}{cc}1& x⩾x_{max}\\ 0.9\left(x-x_{min}\right)/\left(x_{max}-x_{min}\right)+0.1& x_{min}⩽x<x_{max}\\ 0.1& x<x_{min}\end{array}\right.$

抛物线型函数：

$f（x）=\left\{\begin{array}{cc}\frac{1.0-0.9\left(x-x_{\mathrm{b}}\right)}{x_{max}-x_{\mathrm{b}}}& x_b<x⩽x_{max}\\ 1& x_{\mathrm{a}}⩽x<x_{\mathrm{b}}\\ \frac{0.9\left(x-x_{min}\right)}{x_{\mathrm{a}}-x_{min}}& x_{min}⩽x<x_{\mathrm{a}}\\ 0.1& x<x_{min}\text{或}x>x_{max}\end{array}\right.$

其中，f（x）为指标隶属度，x 为该属性测定值， x_min 与 x_max 为分级标准最小值和最大值，x_a、x_b 为介于分级标准最小值和最大值区间；属性值分级标准按照隶属度曲线转折点的取值，4 个指标的隶属度函数曲线中转折点的相应取值如表2 所示。

评价指标权重的确定主要通过各指标间的相关系数来确定，评价指标权重的取值见表3，各指标的权重系数（W_i）表示为：

$W_i=\frac{V_i}{\sum _{i=1}^n{V}_i}$

式中，V_i 是指第 i 项指标与其他各指标间相关系数的平均值。

产地适宜性综合指数主要根据富硒茶叶产地土壤适宜性评价指标分级标准，确定土壤 pH、有机质含量、硒含量和茶叶硒富集系数的权重和对应评价指标的隶属度，通过将单项评价指标的权重与对应评价指标的隶属度相乘后再相加，求和结果即为产地适宜性综合指数，其值越大，表明适宜性越好。具体计算公式如下：

$U=\sum _{i=1}^n{C}_i\times U_i$

式中，U 为产地适宜性综合指数，C_i 为第 i 个评价指标的权重，U_i 为对应评价指标的隶属度，n 为评价指标数。通过计算出富硒茶叶产地的适宜性综合指数，并结合前人的研究结果，将富硒茶叶产地土壤适宜性划分为最适宜、适宜、较适宜、较不适宜和不适宜 5 个等级，具体见表4。

1.2 研究区的选择

研究区域位于云南省西南部（98 °40 ′～102°19′E，22°02′～25°03′N），主要包括临沧市、普洱市所辖县区（合计 18 个县），覆盖土地总面积 6.94 万 km²，研究区属于亚热带季风气候，年平均气温 19.7℃，年平均降水量为 961.8 mm，雨季多集中在 5—10 月。研究区海拔在 317～3429 m 之间，地势北高南低，北部为牢哀山、无量山和横断山系怒山山脉，南部地势低矮，宽谷盆地较多。地带性土壤为砖红壤、赤红壤和红壤。临沧市和普洱市位于云南省西南部的中心地带，是云南省主要的茶叶种植区，生态环境优越，茶种资源丰富，产茶历史悠久，现有茶园面积 20.99 万 hm²，采摘面积 20.27 万 hm²。根据《云南省高原特色现代农业“十三五”茶产业发展规划》，在云南省 30 个茶叶重点县中，应用区占 18 个，2019 年，临沧市和普洱市合计茶叶产量 25.5 万 t，占全省茶叶产量的 58.33%，具有极大的发展富硒资源特色产业的潜在优势。同时，根据《中国土壤元素背景值》^[25]发现，云南省土壤硒范围值在 0.036～1.816 mg·kg^-1 之间，平均值为 0.358 mg·kg^-1，土壤硒含量平均值高于全国土壤硒背景值（0.290 mg·kg^-1），这为开发富硒农产品、发展富硒农业提供了可能。

1.3 样品采集

2020 年 8 月 29 日—9 月 15 日，在 1 个县的区域范围内，根据茶园分布特点，选择茶园面积集中连片且分布较为均匀的区域进行采样，在 18 个产茶县采集土壤及茶叶样品 256 对。土壤样品的采集按照“随机”多点混合采样的原则。取样点设在树冠滴水线处，清除土壤表面枯枝落叶，采用不锈钢土钻取样，采集 0～30 cm 土壤样品，去除土样中的根茬、动物残体和石块等杂物，土壤风干过筛（2 mm）备用。对于茶叶的采集，选取有足够均匀性、代表该类茶叶品质特征的样品进行采集，采集部分为一芽二叶，采回的茶叶样品用蒸馏水冲洗 2～3 次，105℃杀青 30 min，75℃恒温烘干至恒质量，干燥样品用磨碎机粉碎过 0.425 mm 筛分装室温保存备用^[26]。具体采样点信息如图1 所示。

1.4 分析项目与方法

土壤 pH 值采用玻璃电极法（NY/T1121.2— 2006）测定^[27]；土壤有机质含量采用重铬酸钾-外加热法（NY/T1121.6—2006）测定^[28]；土壤硒含量采用原子荧光法（NY/T1104—2006）测定^[29]；茶叶硒含量采用荧光分光光度法（GB 5009.93—2017） 测定^[30]。

1.5 数据分析方法

试验数据采用 Excel 2007 进行整理，采样点的空间分布以及 Kriging 插值采用 ArcGIS 10.2 进行作图，所有结果均采用 3 个平行样测定数据的平均值。

茶叶的富集系数（BCF），其表达式为

式中，C_F 为茶叶硒含量，mg·kg^-1；C_S 表示土壤硒含量，mg·kg^-1。富集系数可以衡量茶叶吸收硒能力的强弱。

2 结果与分析

2.1 研究区茶园土壤 pH

茶园土壤 pH 直接影响茶树的生长和茶叶的品质，茶树是喜酸性植物，适合在 pH 为 4.0～6.5 的土壤环境中生长，最适 pH 环境为 4.5～5.5。研究区茶园土壤 pH 为 3.82～8.46（表5），其中，临沧市 pH 在 4.12～7.70 范围内变化，其平均值为 5.23，而普洱市 pH 在 3.82～8.46 范围内变化，其平均值为 5.55。从茶园土壤 pH 分布来看，临沧市的临翔区、云县、凤庆县、永德县、镇康县、耿马县、沧源县和双江县茶园土壤 pH 达到Ⅰ级标准的土壤分别占 83.33%、 58.33%、56.25%、50.00%、40.00%、87.50%、 68.75%、30.00%；而普洱市的思茅区、宁洱县、墨江县、景东县、景谷县、镇沅县、江城县、澜沧县、孟连县和西盟县茶园土壤 pH 达到Ⅰ级标准的土壤分别占 80.00%、40.00%、53.33%、17.64%、 53.33%、20.00%、40.00%、62.50%、66.67% 和 64.29%，大部分茶园土壤 pH 适合茶树的生长。

2.2 研究区茶园土壤有机质含量

茶园土壤有机质含量如表6 所示。由表6 可知，临沧市茶园土壤有机质含量范围为 7.92～84.7 g·kg^-1，其平均值为 38.9 g·kg^-1，临沧市各县茶园土壤有机质含量平均值均高于最适宜茶园对土壤有机质含量的要求；普洱市茶园土壤有机质含量范围为 2.15～91.8 g·kg^-1，其平均值为 29.1 g·kg^-1，普洱市墨江县、江城县、澜沧县、孟连县和西盟县茶园土壤有机质含量平均值达到茶园土壤Ⅰ级标准，思茅区、宁洱县、景谷县茶园土壤有机质含量平均值达到茶园土壤Ⅱ级标准，而景东县、镇沅县茶园土壤有机质含量平均值达到茶园土壤Ⅲ级标准。从茶园土壤有机质含量分布来看，临沧市的临翔区、云县、凤庆县、永德县、镇康县、耿马县、沧源县和双江县茶园土壤有机质含量达到Ⅰ级标准的土壤分别占 61.11%、66.67%、 62.50%、64.29%、60.00%、75.00%、81.25% 和 40.00%；而普洱市的思茅区、宁洱县、墨江县、景东县、景谷县、镇沅县、江城县、澜沧县、孟连县和西盟县茶园土壤有机质含量达到Ⅰ级标准的土壤分别占 60.00%、0.00%、46.67%、5.88%、13.33%、 20.00%、66.67%、75.00%、80.00% 和 85.71%，大部分茶园土壤有机质含量适宜茶叶生长。

注：Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ表示富硒茶叶产地土壤评价指标级别，Ⅰ表示最适宜，Ⅱ表示较适宜，Ⅲ表示不适宜，下同。

2.3 研究区茶园土壤硒含量

茶园土壤硒含量如表7 所示。由表7 可知，临沧市茶园土壤硒含量的范围为 0.05～1.20 mg·kg^-1，其平均值为 0.48 mg·kg^-1，除云县、凤庆县和双江县外，茶园土壤硒含量平均值均达到最适宜茶园对土壤硒含量的要求；普洱市茶园土壤硒含量的范围为 0.02～1.24 mg·kg^-1，其平均值为 0.34 mg·kg^-1，澜沧县、孟连县和西盟县茶园土壤硒含量平均值达到茶园土壤Ⅰ级标准，思茅区、宁洱县、墨江县、景谷县、江城县茶园土壤硒含量平均值达到茶园土壤Ⅱ级标准，景东县和镇沅县茶园土壤硒含量平均值达到茶园土壤Ⅲ级标准。从茶园土壤硒含量分布来看，临沧市的临翔区、云县、凤庆县、永德县、镇康县、耿马县、沧源县和双江县茶园土壤硒含量达到Ⅰ级标准的土壤分别占 44.44%、50.00%、31.25%、71.43%、80.00%、 87.50%、87.50% 和 40.00%；而普洱市的思茅区、宁洱县、墨江县、景东县、景谷县、镇沅县、江城县、澜沧县、孟连县和西盟县茶园土壤硒含量达到 Ⅰ 级标准的土壤分别占 0.00%、6.25%、 53.33%、5.88%、13.33%、0.00%、20.00%、 81.25%、80.00% 和 92.86%，临沧市茶园土壤硒含量比普洱市的茶园土壤硒含量更适宜富硒茶的生产。

2.4 研究区茶叶硒富集系数

茶叶硒富集系数如表8 所示。由表8 可知，临沧市茶叶硒富集系数的范围为 0.067～8.300，变异系数的平均值为 119.90%；临沧市的临翔区、云县、凤庆县、永德县、镇康县、耿马县、沧源县和双江县茶叶硒富集系数平均值分别为 1.589、2.25 1、0.875、0.844、1.268、0.263、0.368、 0.965，不同县茶叶硒富集系数表现为云县 >临翔区 >镇康县 >双江县 >凤庆县 >永德县 >沧源县 >耿马县。普洱市茶叶硒富集系数的范围为 0.026～17.500，变异系数的平均值为 120.22%； 普洱市的思茅区、宁洱县、墨江县、景东县、景谷县、镇沅县、江城县、澜沧县、孟连县和西盟县茶叶硒富集系数分别为 2.360、2.070、3.251、 5.267、1.482、4.167、0.657、0.918、1.148 和 1.229，不同县茶叶硒富集系数表现为景东县 >镇沅县 >墨江县 >思茅区 >宁洱县 >景谷县 >西盟县 >孟连县 >澜沧县 >江城县。从茶叶硒富集系数分布来看，临沧市的临翔区、云县、凤庆县、永德县、镇康县、耿马县、沧源县和双江县茶叶硒富集系数达到Ⅰ级标准的土壤分别占 27.78%、4 1.67%、6.25%、7.14%、20.00%、0.00%、 0.00%、20.00%，云县茶叶硒富集系数达到Ⅰ级标准的比例最高；而普洱市的思茅区、宁洱县、墨江县、景东县、景谷县、镇沅县、江城县、澜沧县、孟连县和西盟县茶园土壤硒含量达到Ⅰ级标准的土壤分别占 73.33%、53.33%、26.67%、 76.47%、33.33%、93.33%、6.67%、6.25%、 20.00% 和 21.43%，镇沅县茶叶硒富集系数达到Ⅰ 级标准的比例最高。

2.5 富硒茶产地筛选的综合适宜性指数及评价结果验证

由图2 可知，富硒茶叶产地筛选的适宜性综合指数在 0.24～1.00 之间，从区域上来看，西部地区适宜性综合指数总体高于东部地区，不适宜和较不适宜区主要分布在东部和东北部，适宜区主要分布在西部，在中北部和中南部也有少量分布。

在临沧市和普洱市各挑选 3 个县（临沧市：云县、双江县和镇康县；普洱市：澜沧县、孟连县和西盟县），检验富硒茶产地筛选的适宜性评价结果与茶叶达到富硒茶标准[总硒含量：0.25～4 mg·kg^-1（GH/T1135—2017）]的比例之间的对应关系，结果见图3。由图3 可知，云县、双江县、镇康县、澜沧县、孟连县和西盟县茶叶达到富硒茶标准的比例分别为 75%、40%、80%、81.25%、 93.33% 和 100%，而各县达到Ⅰ（最适宜）、Ⅱ （适宜）、Ⅲ（较适宜）级标准的比例总和分别为 83.33%、50.00%、80.00%、81.25%、86.67% 和 100.00%，评价结果与茶叶达到富硒茶标准的比例之间的对应关系基本相符，说明富硒茶产地筛选方法的科学性和合理性。

3 讨论

富硒茶的生长发育受多种环境因素的影响，不同因素对富硒茶叶产地土壤适宜性的影响程度差异很大，因此，需要构建富硒茶产地筛选的适宜性评价体系来对富硒茶园产地土壤适宜性进行综合评价。传统的土地适宜性评价是根据收集到的有关数据，利用自己的经验，依据一定的原则进行定性评价，因此评价结果带有很大的主观性。随着研究的深入，出现了基于矢量数据结构模型^[4]、模糊数据方法^[31]以及将 GIS 与生态位理论、模糊数学相结合^[32]等方法，对作物进行适宜性评价，这些研究为深入开展硒茶产地筛选的适宜性评价提供了较好的思路。富硒茶产地筛选的适宜性指数，主要根据茶叶产地土壤适宜性评价指标分级标准，通过模糊数学模型的 S 型或抛物线型隶属度函数确定指标隶属度，并通过各指标间的相关系数确定各指标权重，通过将单项指标的权重与指标隶属度相乘后相加得到产地适宜性指数，探索性地构建了富硒茶叶产地筛选的适宜性评价体系。模糊数学方法可以通过隶属度描述评价指标的渐变性和模糊性，使评价结果更加准确可靠^[5]。同时，评价指标的确定及其权重对于评价结果的可靠性也会产生很大的影响。在指标选择方面，在本研究中仅采用了土壤 pH、有机质、硒含量和茶叶硒富集系数 4 项关键指标作为富硒茶叶产地土壤适宜性评价的参评因子，这些因子不仅对富硒茶叶产地土壤适宜性的变化有较为灵敏的反应，且这些指标容易定量测量，采样分析成本也较低，评价指标的选择具有合理性。但是，各指标对于富硒茶叶产地土壤适宜性的贡献不同，不宜直接比较其差别程度，因此采用各指标间相关系数的方式来确定评价指标的权重^[33-35]，是一种客观的赋权方法，消除了人为因素的干扰，使评价更加科学和合理。

为了验证评价指标体系的科学性，运用该评价指标体系对临沧市和普洱市两个典型茶区进行量化，并通过普通 Kriging 插值法对研究区进行空间插值，获得了研究区茶园土壤硒适宜性的空间分布图。从结果分析看，土壤适应性水平为适宜的区域主要集中研究区的西部，在中北部和中南部也有少量分布，该区域可作为富硒茶开发优先区域。该区域大部分茶园土壤 pH 适宜茶树生长，少部分土壤酸化或偏碱。同时，茶园土壤偏酸性和中性，而在酸性或中性土壤中，SeO₃ ^2- 是硒的主要赋存形式^[20]，因此，该区域适合富硒茶的开发。茶园土壤有机质含量在 2.15～91.8 g·kg^-1 的范围内变化，土壤有机质含量适宜，有机质含量高可以对硒起到明显的吸附和固定作用； 同时，该区域大部分土壤本身硒含量就很高，因此，综合多因素考虑，将该区域划分为发展富硒茶的理想区域是合理的。土壤适宜性水平为较适宜的区域集中在凤庆县、临翔区、双江县、景谷县的西部、江城县等区域，该区域大部分土壤 pH 适宜茶树生长，土壤有机质含量较高，土壤硒含量高，土壤基本能够满足富硒茶的种植条件，但相比周边优势不明显。而土壤适应性为较不适宜和不适宜的区域主要集中在研究区的东部和东北部，即景东县、镇沅县、宁洱县、景谷县的东部、墨江县的南部以及江城县的北部，该区域土壤偏碱，有机质含量低，土壤硒含量低，不能满足富硒茶种植的需求，发展富硒茶的基础薄弱，在进一步开发中，应注重种植硒富集系数高的茶树品种、改良栽培措施（增施有机物质、改良土壤 pH），提高土壤有机质含量，使更多的硒富集在土壤中^[36]。总体而言，研究区茶园土壤硒适宜性的空间分布情况与区域生产情况基本相符，该土壤适宜性评价指标体系可用于富硒茶叶产地土壤适宜性评价。

富硒茶产地筛选评价方法在评价指标的选择和检验方面仍然存在不足，如选择评价指标相对较少，模糊数学隶属函数的计算过程相对复杂等，但从验证结果来看，研究区茶园土壤硒适宜性的空间分布情况与区域生产情况基本相符，说明富硒茶产地筛选评价方法是可行的。此外，本研究仅对云南茶叶主产区临沧市和普洱市为例进行了应用，今后还需要在更多的地区通过更多的试验数据进行指标体系的完善和检验。

4 结论

综合土壤 pH、有机质、硒含量和茶叶硒富集系数 4 项关键指标作为富硒茶叶产地土壤适宜性评价的参评因子，应用模糊数学模型的 S 型或抛物线型隶属度函数构建了富硒茶产地筛选评价方法，基于 GIS 进行了云南茶叶主产区（临沧市和普洱市） 的适宜性评价和分析。评价结果显示研究区中西部地区适宜性总体高于东部地区，不适宜和较不适宜区主要分布在东部和东北部，适宜区主要分布在西部，在中北部和中南部也有少量分布。通过茶叶达到富硒茶的比例来对适宜性评价结果进行检验，评价结果与茶叶达到富硒茶标准的比例之间的对应关系基本相符。针对发展富硒茶条件不足的地区，应注重种植硒富集系数高的茶树品种、优化栽培措施，采用能够促进茶叶吸收富集硒的一些技术措施，例如施用腐殖酸有机肥、调节土壤 pH、喷施叶面肥等，提高土壤有机质含量，使更多的硒富集在土壤中。

参考文献