不同施肥量對小粒咖啡產量、品質及經濟效益的影響

董云萍， 龍宇宙*， 林興軍， 莫麗珍， 朱華康， 趙青云， 孫燕

（1.中國熱帶農業科學院香料飲料研究所，農業農村部香辛飲料作物遺傳資源利用重點實驗室，海南省熱帶香辛飲料作物遺傳改良與品質調控重點實驗室，海南 萬寧 571533；2.云南農業大學熱帶作物學院，云南 普洱 665099）

咖啡是熱帶和亞熱帶地區的重要經濟作物。云南省小粒咖啡的種植面積達11.8萬hm2，年產量13.9萬t，產量和產值均占全國98%以上［1］。咖啡從開花到果實成熟需8～12個月，養分消耗量大。每生產1 t商品豆，咖啡果實消耗的N、P2O5、K2O、CaO和MgO的量分別是29.5、5.9、41.4、4.6和5.5 kg；而植株消耗的養分總量約為果實消耗養分量的4倍［2］。世界咖啡主產國如印度、巴西、肯尼亞、哥倫比亞、科特迪瓦、薩爾瓦多等均根據土壤和葉片診斷結果，結合產量、蔭蔽度、水分等提出了施肥推薦方案［3］。國內僅對咖啡營養診斷葉片采樣時期和方法做了初步研究［4-5］，咖啡生產施肥較為粗放。云南咖啡種植區海拔多為1 000～1 500 m的山區，夏季咖啡生長快，強降雨天氣多，大多數農戶采用雨季化肥撒施，易導致肥料淋失。在紅壤條件下，銨態氮、硝態氮和總氮淋失量均隨施肥量增加而升高，氮淋失率可高達36.8%～49.2%［6-8］。因此，研發經濟有效的施肥方案以保障咖啡植株生長、產量和品質對促進咖啡產業的可持續發展具有積極作用。

國內許多學者研究了不同氮、磷、鉀配比和施肥量對咖啡產量和經濟效益的影響，提出咖啡園適宜的 N、P2O5、K2O施用量［9-11］。施肥對植株生長、咖啡果干物質積累、光合效率及氮肥利用率均有影響［11-12］，但施肥對咖啡豆物理特性影響的研究尚未見報道。

本研究在充分調查多年來生產上常規施肥的基礎上，并參考前人研究經驗，設定5個施肥水平，研究了不同施肥量對小粒咖啡產量、品質性狀及經濟效益的影響，旨在兼顧環境效益和經濟效益的條件下為咖啡生產合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地設在云南省普洱市思茅區白臘河咖啡種植專業合作社咖啡基地（N 22°34′、E 100°38′），海拔1 066 m。試驗地土壤堿解氮107.25 mg·kg-1、速 效 磷 16.24 mg·kg-1、速 效 鉀 251.73 mg·kg-1，pH 4.9。

1.2 試驗材料

供試咖啡品種為小粒種咖啡卡蒂姆（Catimor），樹齡4年，種植密度為2.0 m×1.0 m，約4 990株·hm-2。供試肥料為尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，16%）和硫酸鉀（K2O，51%）。

1.3 試驗設計

試驗時間為2018—2020年。設5個施肥水平，T1為常規施肥量的25%，T2為常規施肥量的50%，T3為常規施肥，T4為常規施肥量的150%，T5為常規施肥量的175%。各處理年施肥量詳見表1。過磷酸鈣于每年5月和10月分2次施，尿素和硫酸鉀于每年5月、8月和10月分3次施。每個處理1行，正常生長的咖啡植株20株，各處理采用隨機區組排列，3次重復。在試驗過程中除草、修枝等管理措施均保持一致。

表1 不同處理的施肥量Table 1 Fertilizer applied amount of different treatments （kg·hm-2·a-1）

1.4 測定項目與方法

1.4.1 單株鮮果產量測定 每個小區選取長勢一致的植株5株掛牌，于果實成熟期分批采摘每一掛牌植株上的所有成熟果實，用電子秤稱重，記錄每次收獲的咖啡鮮果質量，連續測定3年。

1.4.2 果實鮮干比測定、咖啡豆分級 于果實盛熟期，每小區收獲充分成熟的咖啡鮮果2 kg，及時脫去果皮、果膠并曬至水分含量12%左右，制成帶殼干豆，用小型脫殼機脫去種皮，制成咖啡商品豆，用電子秤稱量咖啡商品豆的質量，計算果實鮮干比（咖啡商品豆的質量與咖啡鮮果質量的比值）。稱取每小區收獲的咖啡商品豆樣品300 g，準備好7.0、6.5、6.0、5.0 mm篩子，篩子按孔徑從小到大套好，倒入樣品進行篩分，把留在每一級篩子上的咖啡商品豆進行稱重，分成不同粒度的咖啡商品豆分裝于自封袋中，計算每級咖啡商品豆質量占總樣品的質量百分比。

1.4.3 咖啡豆百粒重、密度測定 分別數取每小區過不同篩號的咖啡商品豆100粒，用電子秤稱量其質量，記作百粒重（分別為M7.0、M6.5、M6.0、M5.0）。不同大小的咖啡商品豆密度采用排水法測定，在100 mL量筒中倒入清水，不超過最大量程的1/2，記錄水面體積（V0），取上述已知質量的100粒咖啡豆逐一放入量筒并全部浸沒于水中，輕拍量筒外壁趕出氣泡，記錄水面體積（分別為V7.0、V6.5、V6.0、V5.0）。按式（1）和式（2）分別計算各處理按粒度分級后的咖啡豆加權百粒重和加權密度。

式中，M7.0、M6.5、M6.0、M5.0分別表示過 7.0、6.5、6.0、5.0 mm篩子的100粒商品豆質量；M7.0%、M6.5%、M6.0%、M5.0%分別表示不同粒度級別的咖啡商品豆的質量分數；V7.0、V6.5、V6.0、V5.0分別表示各粒度的100粒商品豆投入量筒后水面體積。

1.4.4 投入成本和產出 計錄每次施肥試驗投入的肥料和人工成本，由種植株行距計算每公頃種植株數，計算每公頃投入的成本。每公頃產量按3年平均單株鮮果產量和鮮干比折算。產出按每公斤咖啡商品豆16元計算。

1.5 統計分析

數據均采用SPSS軟件（SPSS 19.0）進行ANOVA方差分析和多重比較。

2 結果與分析

2.1 不同施肥處理對咖啡單株鮮果產量的影響

對不同施肥處理下咖啡單株鮮果產量進行比較，結果（表2）表明，2018年單株鮮果產量隨施肥量的增加而增加，T5處理顯著高于除T4外的其他處理；2019年T3和T4處理單株鮮果產量顯著高于T1和T2處理；2020年T4處理單株鮮果產量顯著高于其余處理；3年平均單株鮮果產量為2.69～4.81 kg，產量隨施肥量的增加先升高后降低，T4處理顯著高于除T5外的其他處理。對不同年份間各施肥單株鮮果產量進行比較，2018年最高；2019年和2020年差異不顯著。由此表明，小粒咖啡產量存在大小年現象。

表2 不同施肥處理咖啡單株鮮果產量Table 2 Fresh fruit yield per plant under different fertilization treatments （kg·plant-1）

2.2 不同施肥處理對咖啡鮮干比、百粒重、密度的影響

對不同施肥處理下咖啡鮮干比、百粒重和密度進行比較，結果（表3）表明，施肥對鮮干比和密度無顯著影響，但對百粒重影響顯著。3年平均鮮干比為14.32%～14.67%；除T5處理外，各處理2020年的鮮干比顯著低于2018和2019年。T5處理百粒重在2018年顯著高于其他處理，2019年顯著高于T2處理；而2020年各處理百粒重差異不顯著。3年平均百粒重為15.22～17.02 g，T5處理顯著高于除T4外的其他處理，可見，增加施肥量，百粒重增加。不同年份間百粒重無顯著差異。2018年，T4和T5處理咖啡豆密度顯著高于T3處理；2019年，T4處理咖啡豆密度顯著高于T1處理；2020年，不同處理間咖啡豆密度無顯著差異；3年平均咖啡豆密度1.07～1.14 g·cm-3，不同處理間差異不顯著。同一處理不同年份間咖啡豆密度存在顯著差異，2019年咖啡豆密度顯著小于2018和2020年。

表3 不同施肥處理咖啡鮮干比、百粒重、密度Table 3 Ratio of cherry to green bean，100-beans weight and bean density under different fertilization treatments

2.3 不同施肥處理對咖啡豆粒度大小的影響

對不同處理咖啡豆粒度大小進行比較，結果（表4）表明，2018年，在粒度＞7.0 mm級，T5處理顯著高于其余處理；在6.5～7.0 mm級，各處理間差異不顯著；在6.0～6.5 mm和5.0～6.0 mm級，T5處理顯著小于T2處理。2019年，各處理間均無顯著差異；2020年，在5.0～6.0 mm級，T5處理顯著小于T1處理。對3年試驗進行平均，粒度＞7 mm的咖啡豆占比為20.89%～32.64%，6.5～7.0 mm咖啡豆占比為27.22%～31.91%，6.0～6.5 mm咖啡豆占比為23.96%～29.79%，5.0～6.0 mm咖啡豆占比為12.56%～19.51%，各處理間差異不顯著。綜上可知，大顆粒咖啡豆占比隨施肥量的增加而增加，小顆粒咖啡豆占比隨施肥量的增加而減少，即增加施肥量提高了咖啡豆的粒度。

表4 不同施肥處理咖啡豆粒度分級Table 4 The rate of bean size under different fertilization treatments （%）

同一處理不同年份間進行比較，除T4和T5處理外，2019年＞7 mm的咖啡豆占比顯著高于2018和2020年；除T2和T5處理外，2018年6.5～7.0 mm咖啡豆占比顯著高于2020年；除T3和T5處理外，2018年6.0～6.5 mm咖啡豆占比顯著高于2019和2020年；2020年5.0～6.0 mm咖啡豆占比顯著高于2018和2019年。由此表明，咖啡豆粒度在年際間存在差異，由大到小依次為2019年＞2018年＞2020年。

2.4 不同施肥處理經濟效益分析

對不同處理的經濟效益進行比較，結果（表5）表明，隨施肥量的增加，投入的肥料和人工成本增加；產出先增加后減少。T1處理的產投比最高，T2處理的利潤最高，而T5處理投入的肥料和人工成本總和大于產出，為施肥負效應。

表5 不同施肥處理成本收益Table 5 The cost and income under different fertilization treatments

3 討論

3.1 肥料減施或增施過量則產量下降

合理施肥有助于產量提高［3，8，13］。當施肥量達到或超過合理施肥量的上限值，產量隨施肥量的增加而減少［3］。Bruno 等［14］提出施肥量為200 kg·hm-2時氮肥利用率最高。本研究結果N和K2O最佳施肥量與前人研究結果［14］相一致，但P2O5施用量低于前人研究結果［3，9-10］。咖啡從土壤吸收的磷元素較少［2］，缺N對小粒咖啡產量影響較大，其次為K，而P對產量影響較小［9］。普洱咖啡產區土壤綜合肥力處于適宜范圍［15］，磷肥施入土壤不容易揮發和淋失，因此較少的磷肥施用量對咖啡產量無顯著影響。在常規施肥量基礎上減量50%，其3年平均單株鮮果產量與常規施肥處理無顯著差異；當減量75%時，其3年平均單株鮮果產量顯著低于常規施肥處理。由此可見，在一定范圍內肥料減施對產量無顯著影響，減施過量則產量顯著減少，與前人研究結果［16-17］一致。

咖啡當年產量與上一年產量呈顯著負相關，這種由生理或遺傳因子造成的現象在國外很多咖啡種植區均有報道［18］。本研究中試驗材料2018年觀測的樹齡為4年，剛進入盛產期，且該年也是咖啡結果大年，因此，2018年咖啡產量顯著高于2019年。按常規大小年規律推斷，2020年產量應高于2019年，但試驗結果顯示2020年產量也較低，可能是由于2020年1—6月，咖啡開花和幼果發育期，試驗點長達6個月未下雨，干旱影響了開花、坐果和幼果的發育［19］，導致產量較低。

3.2 減量施肥不影響咖啡豆鮮干比和密度，增量施肥百粒重增加

咖啡果實膨大期形成了包裹咖啡豆的最大體積腔，果實發育后期咖啡豆體積無顯著變化。咖啡種子中胚乳是強勢的庫，在胚乳充實階段，若植株載果負荷過大，養分不足，果實可吸收植株所有葉片營養，顯著降低營養器官的生長，甚至耗盡儲存在莖稈中的碳水化合物供果實發育，以確保不產生空癟種子［19］。因此，咖啡減量施肥與常規施肥相比，鮮干比、密度無顯著差異。各處理咖啡豆粒徑經篩分后，主要分布在6.0～7.0 mm范圍。隨施肥量的增加，咖啡豆的百粒重增加，豆粒粒徑有增大的趨勢。咖啡豆密度反映咖啡豆的緊實程度，在2018和2019年，不同施肥處理間存在一定差異，但3年平均后各處理間咖啡豆密度無顯著差異，說明施肥量對密度無顯著影響。2019年咖啡豆粒度最大，2020年最小。密度與咖啡豆粒度間呈負相關關系，因此，2019年咖啡豆密度顯著小于2018和2020年。咖啡豆粒度大表明果實生長速度快，組織結構松散；而果實生長慢則形成小顆粒果實，組織結構緊密。2018和2019年咖啡豆鮮干比和粒度均大于2020年，由此表明，果實膨大期的降水量對咖啡豆大小起關鍵作用［19］。2020年1—6月天氣干旱，嚴重影響咖啡果實的發育，使得咖啡鮮果空癟率增加，出豆率降低，鮮干比較低，咖啡豆顆粒小。由此可見，咖啡果實鮮干比及咖啡豆粒度和密度與咖啡果實發育期間的降雨量密切相關［19-21］。

3.3 減量50%的施肥處理產投比和利潤較高

本研究表明，減量施肥能夠提高產投比和純利潤，其中減量75%時，產投比最高，但過低的施肥量會造成咖啡植株過量負載、葉果比失衡、枯枝增多，長期養分不足還會導致植株死亡；減量50%可獲得較高產投比，且利潤最高，既降低了肥料和人工成本，又不影響咖啡豆品質，是經濟有效的施肥方案。增量施肥處理的產投比和純利潤較低，特別是T5處理，利潤為負值，這種無效的施肥方案，即浪費了肥料，增加了成本，還會導致土壤質量下降和環境污染等風險。因此，即使在咖啡市場價格較高時，盲目增施也不可取。施肥成本分析表明，肥料成本占28.2%，人工成本占71.8%。由此可見，人工成本占比較大，建議改變施肥方式，如采用機械施肥或施用控釋肥以減少施肥次數、降低人工成本，可能會成為提高咖啡生產經濟效益的有效措施。