小粒咖啡土壤肥力现状分析①

赵明珠 郭铁英 马关润 萧自位 苏琳琳 吴 婷 唐 谨 白学慧

(云南省德宏热带农业科学研究所 云南瑞丽 678600)

咖啡作为世界三大饮料作物之一，拥有极其可观的经济和药用价值.咖啡主要栽培品种为小粒种(Coffea arabica)，其面积和产量分别占世界咖啡总面积和总产量的80%和82%以上。云南作为最佳的咖啡产地，种植面积和产量均占全国99%以上[1]。土壤是作物赖以生存的基础，土壤肥力是地球生物圈可持续发展的关键因素，也是评估和判断农业可持续发展、土壤管理和土地利用的准则[2]。不同区域的土壤母质、地形、气候、生物等差异，土壤肥力存在较大差异。相较于中国主栽的水稻、玉米和小麦等粮食作物，全面系统深入的土壤肥力研究已屡见不鲜[2-4]。作为新兴领域的咖啡，其不同主产区的不同土壤差异方面研究却鲜有报道。本研究通过了解小粒咖啡主产区的土壤肥力现状、变化及不同区域间的差异，客观评价土壤为咖啡提供营养和协调环境的能力，明确小粒咖啡的土壤肥力，对于充分利用土地资源、制定合理的施肥方案，实现咖啡优质高产和环境友好具有重要意义。

1 材料与方法

1.1 小粒咖啡主产区概况

云南省地处中国西南边陲，属山地高原地形。云南南部热区位于生产小粒咖啡的黄金地带，西南部的普洱、临沧、怒江，西部的德宏、保山和东南部的文山等地区都是小粒咖啡产区，其中普洱、临沧、德宏和保山为云南小粒咖啡四大核心主产区，其得天独厚的自然条件优势，特别适合小粒咖啡生长，也是高品质小粒咖啡的最适宜区(表1)[5-7]。目前，云南省的小粒咖啡种植面积达11.8万hm2，年产量13.9万t。

表1 小粒咖啡主产区概况

1.2 方法

1.2.1 土壤样品的采集

2015～2018年，在云南省小粒种咖啡主产区普洱、临沧、德宏、保山、文山和怒江，采用GPS定位，每个点采集3份耕作层(0～20 cm)土样，每份土样采用 “梅花形”采样法采集[8]，共采集684个土壤数据和相对应的施肥数据(图1)。

图1 小粒咖啡土壤样品采样地点分布

1.2.2 土壤样品的分析

土壤pH用水土比为2.5∶1的pH计测定；土壤有机质用重铬酸钾容量法——外加热法测定；土壤碱解氮用1.0 mol／L NaOH碱解扩散法测定；土壤速效磷用 0.03 mol／L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提——比色法测定；土壤速效钾用1.0 mol/L NH4OAc浸提——火焰光度法测定[9]。

1.3 数据统计与分析

采用Excel和SPSS进行数据整理和分析。按照全国第二次土壤普查制定的养分分级标准[10]，将土壤的pH、有机质、碱解氮、有效磷和速效钾进行分级。

2 结果与分析

2.1 咖啡地土壤现状与分析

2.1.1 海拔状况与分析

海拔高度是影响小粒咖啡优良品质的重要因素之一[11]。由表2可知，小粒咖啡主产区的海拔667.0～1 650.0 m，平均1 186.1 m，变异系数较小14.99%；海拔排序为：临沧＞文山＞德宏＞普洱＞保山＞怒江。临沧地区的海拔最高(1 247.4 m)，与其余地区差异显著。

根据地形地貌特点，＞1500m为高海拔，1000～1500 m为中海拔，500～1 000 m为中低海拔，＜500 m为低海拔。由图2-A可知，小粒咖啡主产区均＞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状况

pH的变化直接影响土壤各营养元素的存在状态及有效性，也是土壤肥力高低的决定性因素[12]。由表2可知，小粒咖啡主产区土壤pH4.21～8.11，平均5.53，变异系数13.75%，低等变异；各主产区pH排序为：怒江＞文山＞保山＞德宏＞临沧＞普洱，怒江pH最高(6.28)，较主栽区平均水平高0.75；普洱pH最低(5.20)，与怒江、文山和保山差异显著。

由图2-B可知，小粒咖啡主产区土壤pH均未有＞8.5的样本，表明目前云南小粒咖啡主产区没有碱性和强碱性土壤；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、临沧和德宏的酸性土壤比例最大，其余3个主栽区的土壤呈弱酸性。

2.1.3 有机质含量状况

有机质是土壤的物理、化学和生物性质的决定性因素，同时是农业可持续发展的关键因素[13]。由表1可知，小粒种咖啡主栽区土壤有机质含量4.32～79.63 g/kg，平均32.681 g/kg，变异系数51.30%，中等变异。有机质含量排序为：德宏＞普洱＞临沧＞保山＞文山＞怒江，并且后三者显著低于前三者。

由图2-C可知，主栽区的土壤有机质含量均有一半以上处于中等及以上肥力水平，比例分别为普洱77.33%、临沧91.03%、德宏89.82%、保山56.25%、文山55.95%和怒江54.17%。德宏土壤有机质含量＞40g/kg(很丰富水平)的比例最高，为64.81%，普洱、临沧分别为41.20%和37.18%。保山、文山和怒江1/2左右的地区存在有机质缺乏。

2.1.4 碱解氮含量状况

碱解氮直接反映土壤的氮素动态和供氮水平，其含量与作物产量及吸氮量高度相关[4]。由表2可知，小粒咖啡主产区土壤碱解氮含量9.90～286.62 mg/kg，平均 128.77 mg/kg，变异系数34.15%，中等变异；碱解氮含量排序为：普洱＞德宏＞临沧＞保山＞怒江＞文山，与有机质的分布表现一致，也是后三者显著低于前三者。

由图2-D可知，普洱、临沧、德宏和保山的土壤碱解氮处于中等及以上肥力水平，比例分别为98.61%、89.74%、98.15%和 84.38%。普洱碱解氮＞150 mg/kg比例最高，为55.56%，为丰富水平。怒江和文山地区＜90 mg/kg的比例分别为95.83%和75.00%，说明二者超过3/4地区存在氮素缺乏。

2.1.5 有效磷含量状况

有效磷可以反映出当季作物的磷素供应水平[4]，其高低与种植区域、土壤类型和耕作方式等多种因素息息相关[14]。由表2可知，小粒咖啡主产区土壤有效磷含量 0.49～92.06 mg/kg，平均 18.53 mg/kg，变异系数高达97.20%，显著高于其他各土壤养分的变异系数；有效磷含量排序为保山＞怒江＞德宏＞文山＞普洱＞临沧，各主栽区差异显著。其中保山的有效磷含量极显著高于其他地区，临沧最低。

由图2-E可知，小粒咖啡主产区的土壤有效磷表现为中等及以上水平，比例约60%，临沧、德宏、保山、文山分别占53.85%、70.37%、87.50%、55.95%和100%。其中，保山土壤有效磷含量最高，为很丰富水平，占38.54%；怒江为中等水平；临沧、普洱和文山＜10 mg/kg所占比例分别为46.15%、58.33%和44.05%，说明这3个地区均有1/2左右存在磷缺乏。

2.1.6 速效钾含量状况

速效钾是评价土壤供钾能力高低的重要指标[4]。由表2可知，小粒咖啡主产区的土壤速效钾含量43.34～317.49 mg/kg，平均138.31 mg/kg，变异系数28.94%，中等变异；速效钾含量排序为怒江＞文山＞普洱＞临沧＞德宏＞保山，怒江显著高于文山，极显著高于其他4个产区。

由图2-F可知，小粒咖啡主产区的土壤速效钾表现为中等及以上水平，占82.16%，其中普洱81.94%、 临沧85.90%、 德宏88.89%、 保山69.79%、文山76.19%和怒江100%；怒江很丰富水平占50%。表明小粒咖啡主产区的土壤存在少量的钾缺乏现象。

图2 小粒咖啡主产区土壤状况频率分布

图2 小粒咖啡主产区土壤状况频率分布

表2 小粒咖啡主产区土壤现状的描述性统计

3 讨论

3.1 小粒咖啡主产区的海拔现状

云南省小粒咖啡主产区均＞500 m，表明目前云南小粒咖啡均种植在中海拔及以上地区，这与小粒咖啡种植所需的适宜海拔500～2 000 m要求表现一致[3]。本研究中14.47%地区海拔处于500～1 000 m，80.26%处于 1 000～15 000 m， 5.26%地区＞1 500 m，与咖啡专家张洪波等[11]结论一致，即小粒咖啡在海拔1 200～1 500 m生长良好、品质优、产量稳，是咖啡宜植区。低海拔地区的土壤成土母质偏砂性，保水保肥性能较弱，土壤偏碱性，昼夜温差小不利于咖啡糖分的积累，光照时间短抑制咖啡的新陈代谢活动，从而制约咖啡生长，因而生产中宜植区较少。高海拔地区土质偏黏性，保水保肥性能强，土壤酸性强，昼夜温差大、温度低会延长咖啡的生长周期，空气、土壤中的水分、二氧化碳、氧气缺乏不利于咖啡的光合作用和生长，风力过大不利于咖啡授粉成功，也不利于生产者劳作，成本较高，因而咖啡适种区也少。不少学者提出，精品咖啡出于高海拔地区，临沧＞1 500 m地区比例最高(17.31%)，具有生产优质咖啡的潜力，这与高海拔地区形成的特殊小气候环境利于咖啡内含物的合成息息相关。

3.2 小粒咖啡主产区的土壤肥力现状

小粒咖啡主产区的土壤呈酸性和弱酸性，与长期施用尿素、碳酸氢铵和氯化铵等氨态氮肥导致的土壤酸化有关[15]。pH5.5～6.5弱酸性最适宜咖啡生长，pH＜4.5导致咖啡根系发育不良，降低很多阳离子的有效性，进而导致钾、镁、钙、磷和钼等元素的缺乏，pH＞6不利于优品质咖啡的形成[16]。小粒咖啡主产区pH适宜的比例较低，越是小粒咖啡规模化种植区，土壤酸性越强，与长期大量施用化肥密切相关，保山、文山和怒江地区则可成为大力发展咖啡种植的潜力区。pH也可能与海拔有关，海拔升高导致温度降低，从而降低土壤微生物对有机物的分解作用，增强土壤的溶淋作用，最终使pH降低[17]。根据不同地区土壤产生酸化的原因，通过配施石灰和有机肥、钙镁磷碱性肥料、土壤调理剂等措施进行土壤改良[17]。

土壤有机质最主要、最直接的作用是改良土壤结构，促进团粒状结构的形成，从而增加土壤的疏松性，改善土壤通气性和透水性，促进作物的生长发育。保山、文山和怒江等土壤有机质缺乏区，有机肥的增施十分必要，可有效提高土壤的氮素含量、增加土壤肥力，避免土壤板结，同时促进中国农业经济的健康和可持续发展[18]。根据不同的成土母质，保山地区应多施有机肥，氮磷钾肥则少量多施；怒江、文山地区应增施有机肥改善土壤结构，防止土壤粘结成块，影响耕作。

土壤有效磷含量的高低决定了施磷肥效果的大小，土壤的盐分(有效磷和速效钾)含量和pH高，导致土壤的缓冲性能差，保水保肥力低[19]，不利于咖啡的生长发育和产量形成。王淑英等[19]研究指出，土壤有效磷在砂质土中易被固定，即使含量低于60 mg/kg，也不易淋溶损失，与本研究结果(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＞临沧壤土)不一致，可能与当地的施磷量有关。在实际生产中，不同地区的咖啡施磷量可根据土壤磷素淋失情况及土壤磷素与土壤中氧化性铁和铝、石灰性物质的固定作用等进行磷素的及时补给。少数地区存在钾素缺乏，与主栽区的施钾量普遍较高息息相关。粘重质地的土壤速效钾含量一般高于质地轻的土壤[16]，这与本研究结果(土壤速效钾含量怒江黏壤土＞文山黏壤土＞普洱壤土＞临沧壤土＞德宏壤土＞保山砂壤土)较为一致。针对土壤有效磷和速效钾含量高的地区可采用化学改良(磷石膏)、水利工程措施，培育抗盐碱、耐盐碱的咖啡品种，也可施用硫磺，降低土壤的pH和盐分含量，从而改良碱性土壤，以适应咖啡的生长发育需求。李会芳[20]对普洱土壤的研究指出，pH呈酸与弱酸性、碱解氮中偏高、有效磷低至缺乏(这与本研究结果一致)，有机质中偏低、速效钾中偏高(与本研究结果不一致)，估计这与目前普洱咖啡种植户对有机质和钾肥的重视度和施用力度息息相关。邓巧玲等[21]也认为秸秆还田能显著提高土壤有机质、有效磷和速效钾含量，因此咖啡果皮[22]、叶片等发酵腐熟还田，亦是避免资源浪费、补充地力的可行措施。在咖啡地养家禽可提高生物多样性，同时也可增加土壤速效养分含量[22]，改善土壤结构，增加土壤氮磷含量。施用矿物钾肥、新型增钾型生物有机肥能显著增加土壤速效钾、缓效钾和作物叶钾含量，实现增钾提质[17]。

小粒咖啡不同主栽区的土壤肥力有差异，可能与当地咖啡种植的重视程度、施肥水平、农民的生产成本、劳动力情况等诸多因素有关，因此，可根据当地的生产投入状况，进行一些政策帮扶措施，奖励农民的增产与创收，降低生产成本，从而提高农民的种植积极性。

4 结论

小粒咖啡主产区的海拔处于500 m以上，临沧海拔最高，怒江最低；土壤普遍呈酸性(4.5～5.5)，怒江最适宜，普洱、临沧和德宏地区土壤呈酸性；土壤有机质为中等及以上肥力水平，德宏地区最高，保山、文山和怒江1/2左右地区的有机质缺乏；土壤碱解氮为中等及以上肥力水平，普洱最高，怒江和文山超过3/4存在氮素缺乏；土壤有效磷为中等及以上水平，保山最高，临沧、普洱和文山1/2左右存在磷缺乏；土壤速效钾为中等及以上水平，怒江最高，其余5个地区少量土壤钾缺乏。