小粒咖啡土壤肥力現狀分析①

趙明珠 郭鐵英 馬關潤 蕭自位 蘇琳琳 吳 婷 唐 謹 白學慧

(云南省德宏熱帶農業科學研究所 云南瑞麗 678600)

咖啡作為世界三大飲料作物之一，擁有極其可觀的經濟和藥用價值.咖啡主要栽培品種為小粒種(Coffea arabica)，其面積和產量分別占世界咖啡總面積和總產量的80%和82%以上。云南作為最佳的咖啡產地，種植面積和產量均占全國99%以上[1]。土壤是作物賴以生存的基礎，土壤肥力是地球生物圈可持續發展的關鍵因素，也是評估和判斷農業可持續發展、土壤管理和土地利用的準則[2]。不同區域的土壤母質、地形、氣候、生物等差異，土壤肥力存在較大差異。相較于中國主栽的水稻、玉米和小麥等糧食作物，全面系統深入的土壤肥力研究已屢見不鮮[2-4]。作為新興領域的咖啡，其不同主產區的不同土壤差異方面研究卻鮮有報道。本研究通過了解小粒咖啡主產區的土壤肥力現狀、變化及不同區域間的差異，客觀評價土壤為咖啡提供營養和協調環境的能力，明確小粒咖啡的土壤肥力，對于充分利用土地資源、制定合理的施肥方案，實現咖啡優質高產和環境友好具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 小粒咖啡主產區概況

云南省地處中國西南邊陲，屬山地高原地形。云南南部熱區位于生產小粒咖啡的黃金地帶，西南部的普洱、臨滄、怒江，西部的德宏、保山和東南部的文山等地區都是小粒咖啡產區，其中普洱、臨滄、德宏和保山為云南小粒咖啡四大核心主產區，其得天獨厚的自然條件優勢，特別適合小粒咖啡生長，也是高品質小粒咖啡的最適宜區(表1)[5-7]。目前，云南省的小粒咖啡種植面積達11.8萬hm2，年產量13.9萬t。

表1 小粒咖啡主產區概況

1.2 方法

1.2.1 土壤樣品的采集

2015～2018年，在云南省小粒種咖啡主產區普洱、臨滄、德宏、保山、文山和怒江，采用GPS定位，每個點采集3份耕作層(0～20 cm)土樣，每份土樣采用 “梅花形”采樣法采集[8]，共采集684個土壤數據和相對應的施肥數據(圖1)。

圖1 小粒咖啡土壤樣品采樣地點分布

1.2.2 土壤樣品的分析

土壤pH用水土比為2.5∶1的pH計測定；土壤有機質用重鉻酸鉀容量法——外加熱法測定；土壤堿解氮用1.0 mol／L NaOH堿解擴散法測定；土壤速效磷用 0.03 mol／L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提——比色法測定；土壤速效鉀用1.0 mol/L NH4OAc浸提——火焰光度法測定[9]。

1.3 數據統計與分析

采用Excel和SPSS進行數據整理和分析。按照全國第二次土壤普查制定的養分分級標準[10]，將土壤的pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀進行分級。

2 結果與分析

2.1 咖啡地土壤現狀與分析

2.1.1 海拔狀況與分析

海拔高度是影響小粒咖啡優良品質的重要因素之一[11]。由表2可知，小粒咖啡主產區的海拔667.0～1 650.0 m，平均1 186.1 m，變異系數較小14.99%；海拔排序為：臨滄＞文山＞德宏＞普洱＞保山＞怒江。臨滄地區的海拔最高(1 247.4 m)，與其余地區差異顯著。

根據地形地貌特點，＞1500m為高海拔，1000～1500 m為中海拔，500～1 000 m為中低海拔，＜500 m為低海拔。由圖2-A可知，小粒咖啡主產區均＞500 m，集中分布于 1 000～1 500 m，占80.26%，其中文山比例最高(95.24%)，而怒江集中分布于500～1 000 m。

2.1.2 pH狀況

pH的變化直接影響土壤各營養元素的存在狀態及有效性，也是土壤肥力高低的決定性因素[12]。由表2可知，小粒咖啡主產區土壤pH4.21～8.11，平均5.53，變異系數13.75%，低等變異；各主產區pH排序為：怒江＞文山＞保山＞德宏＞臨滄＞普洱，怒江pH最高(6.28)，較主栽區平均水平高0.75；普洱pH最低(5.20)，與怒江、文山和保山差異顯著。

由圖2-B可知，小粒咖啡主產區土壤pH均未有＞8.5的樣本，表明目前云南小粒咖啡主產區沒有堿性和強堿性土壤；土壤pH主要分布在4.5～5.5，占55.12%，表明咖啡地的土壤普遍呈酸性。普洱、臨滄和德宏的酸性土壤比例最大，其余3個主栽區的土壤呈弱酸性。

2.1.3 有機質含量狀況

有機質是土壤的物理、化學和生物性質的決定性因素，同時是農業可持續發展的關鍵因素[13]。由表1可知，小粒種咖啡主栽區土壤有機質含量4.32～79.63 g/kg，平均32.681 g/kg，變異系數51.30%，中等變異。有機質含量排序為：德宏＞普洱＞臨滄＞保山＞文山＞怒江，并且后三者顯著低于前三者。

由圖2-C可知，主栽區的土壤有機質含量均有一半以上處于中等及以上肥力水平，比例分別為普洱77.33%、臨滄91.03%、德宏89.82%、保山56.25%、文山55.95%和怒江54.17%。德宏土壤有機質含量＞40g/kg(很豐富水平)的比例最高，為64.81%，普洱、臨滄分別為41.20%和37.18%。保山、文山和怒江1/2左右的地區存在有機質缺乏。

2.1.4 堿解氮含量狀況

堿解氮直接反映土壤的氮素動態和供氮水平，其含量與作物產量及吸氮量高度相關[4]。由表2可知，小粒咖啡主產區土壤堿解氮含量9.90～286.62 mg/kg，平均 128.77 mg/kg，變異系數34.15%，中等變異；堿解氮含量排序為：普洱＞德宏＞臨滄＞保山＞怒江＞文山，與有機質的分布表現一致，也是后三者顯著低于前三者。

由圖2-D可知，普洱、臨滄、德宏和保山的土壤堿解氮處于中等及以上肥力水平，比例分別為98.61%、89.74%、98.15%和 84.38%。普洱堿解氮＞150 mg/kg比例最高，為55.56%，為豐富水平。怒江和文山地區＜90 mg/kg的比例分別為95.83%和75.00%，說明二者超過3/4地區存在氮素缺乏。

2.1.5 有效磷含量狀況

有效磷可以反映出當季作物的磷素供應水平[4]，其高低與種植區域、土壤類型和耕作方式等多種因素息息相關[14]。由表2可知，小粒咖啡主產區土壤有效磷含量 0.49～92.06 mg/kg，平均 18.53 mg/kg，變異系數高達97.20%，顯著高于其他各土壤養分的變異系數；有效磷含量排序為保山＞怒江＞德宏＞文山＞普洱＞臨滄，各主栽區差異顯著。其中保山的有效磷含量極顯著高于其他地區，臨滄最低。

由圖2-E可知，小粒咖啡主產區的土壤有效磷表現為中等及以上水平，比例約60%，臨滄、德宏、保山、文山分別占53.85%、70.37%、87.50%、55.95%和100%。其中，保山土壤有效磷含量最高，為很豐富水平，占38.54%；怒江為中等水平；臨滄、普洱和文山＜10 mg/kg所占比例分別為46.15%、58.33%和44.05%，說明這3個地區均有1/2左右存在磷缺乏。

2.1.6 速效鉀含量狀況

速效鉀是評價土壤供鉀能力高低的重要指標[4]。由表2可知，小粒咖啡主產區的土壤速效鉀含量43.34～317.49 mg/kg，平均138.31 mg/kg，變異系數28.94%，中等變異；速效鉀含量排序為怒江＞文山＞普洱＞臨滄＞德宏＞保山，怒江顯著高于文山，極顯著高于其他4個產區。

由圖2-F可知，小粒咖啡主產區的土壤速效鉀表現為中等及以上水平，占82.16%，其中普洱81.94%、 臨滄85.90%、 德宏88.89%、 保山69.79%、文山76.19%和怒江100%；怒江很豐富水平占50%。表明小粒咖啡主產區的土壤存在少量的鉀缺乏現象。

圖2 小粒咖啡主產區土壤狀況頻率分布

圖2 小粒咖啡主產區土壤狀況頻率分布

表2 小粒咖啡主產區土壤現狀的描述性統計

3 討論

3.1 小粒咖啡主產區的海拔現狀

云南省小粒咖啡主產區均＞500 m，表明目前云南小粒咖啡均種植在中海拔及以上地區，這與小粒咖啡種植所需的適宜海拔500～2 000 m要求表現一致[3]。本研究中14.47%地區海拔處于500～1 000 m，80.26%處于 1 000～15 000 m， 5.26%地區＞1 500 m，與咖啡專家張洪波等[11]結論一致，即小粒咖啡在海拔1 200～1 500 m生長良好、品質優、產量穩，是咖啡宜植區。低海拔地區的土壤成土母質偏砂性，保水保肥性能較弱，土壤偏堿性，晝夜溫差小不利于咖啡糖分的積累，光照時間短抑制咖啡的新陳代謝活動，從而制約咖啡生長，因而生產中宜植區較少。高海拔地區土質偏黏性，保水保肥性能強，土壤酸性強，晝夜溫差大、溫度低會延長咖啡的生長周期，空氣、土壤中的水分、二氧化碳、氧氣缺乏不利于咖啡的光合作用和生長，風力過大不利于咖啡授粉成功，也不利于生產者勞作，成本較高，因而咖啡適種區也少。不少學者提出，精品咖啡出于高海拔地區，臨滄＞1 500 m地區比例最高(17.31%)，具有生產優質咖啡的潛力，這與高海拔地區形成的特殊小氣候環境利于咖啡內含物的合成息息相關。

3.2 小粒咖啡主產區的土壤肥力現狀

小粒咖啡主產區的土壤呈酸性和弱酸性，與長期施用尿素、碳酸氫銨和氯化銨等氨態氮肥導致的土壤酸化有關[15]。pH5.5～6.5弱酸性最適宜咖啡生長，pH＜4.5導致咖啡根系發育不良，降低很多陽離子的有效性，進而導致鉀、鎂、鈣、磷和鉬等元素的缺乏，pH＞6不利于優品質咖啡的形成[16]。小粒咖啡主產區pH適宜的比例較低，越是小粒咖啡規模化種植區，土壤酸性越強，與長期大量施用化肥密切相關，保山、文山和怒江地區則可成為大力發展咖啡種植的潛力區。pH也可能與海拔有關，海拔升高導致溫度降低，從而降低土壤微生物對有機物的分解作用，增強土壤的溶淋作用，最終使pH降低[17]。根據不同地區土壤產生酸化的原因，通過配施石灰和有機肥、鈣鎂磷堿性肥料、土壤調理劑等措施進行土壤改良[17]。

土壤有機質最主要、最直接的作用是改良土壤結構，促進團粒狀結構的形成，從而增加土壤的疏松性，改善土壤通氣性和透水性，促進作物的生長發育。保山、文山和怒江等土壤有機質缺乏區，有機肥的增施十分必要，可有效提高土壤的氮素含量、增加土壤肥力，避免土壤板結，同時促進中國農業經濟的健康和可持續發展[18]。根據不同的成土母質，保山地區應多施有機肥，氮磷鉀肥則少量多施；怒江、文山地區應增施有機肥改善土壤結構，防止土壤粘結成塊，影響耕作。

土壤有效磷含量的高低決定了施磷肥效果的大小，土壤的鹽分(有效磷和速效鉀)含量和pH高，導致土壤的緩沖性能差，保水保肥力低[19]，不利于咖啡的生長發育和產量形成。王淑英等[19]研究指出，土壤有效磷在砂質土中易被固定，即使含量低于60 mg/kg，也不易淋溶損失，與本研究結果(土壤有效磷含量：保山砂壤土＞怒江黏壤土＞德宏壤土＞文山黏壤土＞普洱壤土＞臨滄壤土)不一致，可能與當地的施磷量有關。在實際生產中，不同地區的咖啡施磷量可根據土壤磷素淋失情況及土壤磷素與土壤中氧化性鐵和鋁、石灰性物質的固定作用等進行磷素的及時補給。少數地區存在鉀素缺乏，與主栽區的施鉀量普遍較高息息相關。粘重質地的土壤速效鉀含量一般高于質地輕的土壤[16]，這與本研究結果(土壤速效鉀含量怒江黏壤土＞文山黏壤土＞普洱壤土＞臨滄壤土＞德宏壤土＞保山砂壤土)較為一致。針對土壤有效磷和速效鉀含量高的地區可采用化學改良(磷石膏)、水利工程措施，培育抗鹽堿、耐鹽堿的咖啡品種，也可施用硫磺，降低土壤的pH和鹽分含量，從而改良堿性土壤，以適應咖啡的生長發育需求。李會芳[20]對普洱土壤的研究指出，pH呈酸與弱酸性、堿解氮中偏高、有效磷低至缺乏(這與本研究結果一致)，有機質中偏低、速效鉀中偏高(與本研究結果不一致)，估計這與目前普洱咖啡種植戶對有機質和鉀肥的重視度和施用力度息息相關。鄧巧玲等[21]也認為秸稈還田能顯著提高土壤有機質、有效磷和速效鉀含量，因此咖啡果皮[22]、葉片等發酵腐熟還田，亦是避免資源浪費、補充地力的可行措施。在咖啡地養家禽可提高生物多樣性，同時也可增加土壤速效養分含量[22]，改善土壤結構，增加土壤氮磷含量。施用礦物鉀肥、新型增鉀型生物有機肥能顯著增加土壤速效鉀、緩效鉀和作物葉鉀含量，實現增鉀提質[17]。

小粒咖啡不同主栽區的土壤肥力有差異，可能與當地咖啡種植的重視程度、施肥水平、農民的生產成本、勞動力情況等諸多因素有關，因此，可根據當地的生產投入狀況，進行一些政策幫扶措施，獎勵農民的增產與創收，降低生產成本，從而提高農民的種植積極性。

4 結論

小粒咖啡主產區的海拔處于500 m以上，臨滄海拔最高，怒江最低；土壤普遍呈酸性(4.5～5.5)，怒江最適宜，普洱、臨滄和德宏地區土壤呈酸性；土壤有機質為中等及以上肥力水平，德宏地區最高，保山、文山和怒江1/2左右地區的有機質缺乏；土壤堿解氮為中等及以上肥力水平，普洱最高，怒江和文山超過3/4存在氮素缺乏；土壤有效磷為中等及以上水平，保山最高，臨滄、普洱和文山1/2左右存在磷缺乏；土壤速效鉀為中等及以上水平，怒江最高，其余5個地區少量土壤鉀缺乏。