不同施肥量对小粒咖啡产量、品质及经济效益的影响

董云萍， 龙宇宙*， 林兴军， 莫丽珍， 朱华康， 赵青云， 孙燕

（1.中国热带农业科学院香料饮料研究所，农业农村部香辛饮料作物遗传资源利用重点实验室，海南省热带香辛饮料作物遗传改良与品质调控重点实验室，海南 万宁 571533；2.云南农业大学热带作物学院，云南 普洱 665099）

咖啡是热带和亚热带地区的重要经济作物。云南省小粒咖啡的种植面积达11.8万hm2，年产量13.9万t，产量和产值均占全国98%以上［1］。咖啡从开花到果实成熟需8～12个月，养分消耗量大。每生产1 t商品豆，咖啡果实消耗的N、P2O5、K2O、CaO和MgO的量分别是29.5、5.9、41.4、4.6和5.5 kg；而植株消耗的养分总量约为果实消耗养分量的4倍［2］。世界咖啡主产国如印度、巴西、肯尼亚、哥伦比亚、科特迪瓦、萨尔瓦多等均根据土壤和叶片诊断结果，结合产量、荫蔽度、水分等提出了施肥推荐方案［3］。国内仅对咖啡营养诊断叶片采样时期和方法做了初步研究［4-5］，咖啡生产施肥较为粗放。云南咖啡种植区海拔多为1 000～1 500 m的山区，夏季咖啡生长快，强降雨天气多，大多数农户采用雨季化肥撒施，易导致肥料淋失。在红壤条件下，铵态氮、硝态氮和总氮淋失量均随施肥量增加而升高，氮淋失率可高达36.8%～49.2%［6-8］。因此，研发经济有效的施肥方案以保障咖啡植株生长、产量和品质对促进咖啡产业的可持续发展具有积极作用。

国内许多学者研究了不同氮、磷、钾配比和施肥量对咖啡产量和经济效益的影响，提出咖啡园适宜的 N、P2O5、K2O施用量［9-11］。施肥对植株生长、咖啡果干物质积累、光合效率及氮肥利用率均有影响［11-12］，但施肥对咖啡豆物理特性影响的研究尚未见报道。

本研究在充分调查多年来生产上常规施肥的基础上，并参考前人研究经验，设定5个施肥水平，研究了不同施肥量对小粒咖啡产量、品质性状及经济效益的影响，旨在兼顾环境效益和经济效益的条件下为咖啡生产合理施肥提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地设在云南省普洱市思茅区白腊河咖啡种植专业合作社咖啡基地（N 22°34′、E 100°38′），海拔1 066 m。试验地土壤碱解氮107.25 mg·kg-1、速 效 磷 16.24 mg·kg-1、速 效 钾 251.73 mg·kg-1，pH 4.9。

1.2 试验材料

供试咖啡品种为小粒种咖啡卡蒂姆（Catimor），树龄4年，种植密度为2.0 m×1.0 m，约4 990株·hm-2。供试肥料为尿素（N，46%）、过磷酸钙（P2O5，16%）和硫酸钾（K2O，51%）。

1.3 试验设计

试验时间为2018—2020年。设5个施肥水平，T1为常规施肥量的25%，T2为常规施肥量的50%，T3为常规施肥，T4为常规施肥量的150%，T5为常规施肥量的175%。各处理年施肥量详见表1。过磷酸钙于每年5月和10月分2次施，尿素和硫酸钾于每年5月、8月和10月分3次施。每个处理1行，正常生长的咖啡植株20株，各处理采用随机区组排列，3次重复。在试验过程中除草、修枝等管理措施均保持一致。

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

1.4 测定项目与方法

1.4.1 单株鲜果产量测定 每个小区选取长势一致的植株5株挂牌，于果实成熟期分批采摘每一挂牌植株上的所有成熟果实，用电子秤称重，记录每次收获的咖啡鲜果质量，连续测定3年。

1.4.2 果实鲜干比测定、咖啡豆分级 于果实盛熟期，每小区收获充分成熟的咖啡鲜果2 kg，及时脱去果皮、果胶并晒至水分含量12%左右，制成带壳干豆，用小型脱壳机脱去种皮，制成咖啡商品豆，用电子秤称量咖啡商品豆的质量，计算果实鲜干比（咖啡商品豆的质量与咖啡鲜果质量的比值）。称取每小区收获的咖啡商品豆样品300 g，准备好7.0、6.5、6.0、5.0 mm筛子，筛子按孔径从小到大套好，倒入样品进行筛分，把留在每一级筛子上的咖啡商品豆进行称重，分成不同粒度的咖啡商品豆分装于自封袋中，计算每级咖啡商品豆质量占总样品的质量百分比。

1.4.3 咖啡豆百粒重、密度测定 分别数取每小区过不同筛号的咖啡商品豆100粒，用电子秤称量其质量，记作百粒重（分别为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测定，在100 mL量筒中倒入清水，不超过最大量程的1/2，记录水面体积（V0），取上述已知质量的100粒咖啡豆逐一放入量筒并全部浸没于水中，轻拍量筒外壁赶出气泡，记录水面体积（分别为V7.0、V6.5、V6.0、V5.0）。按式（1）和式（2）分别计算各处理按粒度分级后的咖啡豆加权百粒重和加权密度。

式中，M7.0、M6.5、M6.0、M5.0分别表示过 7.0、6.5、6.0、5.0 mm筛子的100粒商品豆质量；M7.0%、M6.5%、M6.0%、M5.0%分别表示不同粒度级别的咖啡商品豆的质量分数；V7.0、V6.5、V6.0、V5.0分别表示各粒度的100粒商品豆投入量筒后水面体积。

1.4.4 投入成本和产出 计录每次施肥试验投入的肥料和人工成本，由种植株行距计算每公顷种植株数，计算每公顷投入的成本。每公顷产量按3年平均单株鲜果产量和鲜干比折算。产出按每公斤咖啡商品豆16元计算。

1.5 统计分析

数据均采用SPSS软件（SPSS 19.0）进行ANOVA方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同施肥处理对咖啡单株鲜果产量的影响

对不同施肥处理下咖啡单株鲜果产量进行比较，结果（表2）表明，2018年单株鲜果产量随施肥量的增加而增加，T5处理显著高于除T4外的其他处理；2019年T3和T4处理单株鲜果产量显著高于T1和T2处理；2020年T4处理单株鲜果产量显著高于其余处理；3年平均单株鲜果产量为2.69～4.81 kg，产量随施肥量的增加先升高后降低，T4处理显著高于除T5外的其他处理。对不同年份间各施肥单株鲜果产量进行比较，2018年最高；2019年和2020年差异不显著。由此表明，小粒咖啡产量存在大小年现象。

表2 不同施肥处理咖啡单株鲜果产量Table 2 Fresh fruit yield per plant under different fertilization treatments （kg·plant-1）

2.2 不同施肥处理对咖啡鲜干比、百粒重、密度的影响

对不同施肥处理下咖啡鲜干比、百粒重和密度进行比较，结果（表3）表明，施肥对鲜干比和密度无显著影响，但对百粒重影响显著。3年平均鲜干比为14.32%～14.67%；除T5处理外，各处理2020年的鲜干比显著低于2018和2019年。T5处理百粒重在2018年显著高于其他处理，2019年显著高于T2处理；而2020年各处理百粒重差异不显著。3年平均百粒重为15.22～17.02 g，T5处理显著高于除T4外的其他处理，可见，增加施肥量，百粒重增加。不同年份间百粒重无显著差异。2018年，T4和T5处理咖啡豆密度显著高于T3处理；2019年，T4处理咖啡豆密度显著高于T1处理；2020年，不同处理间咖啡豆密度无显著差异；3年平均咖啡豆密度1.07～1.14 g·cm-3，不同处理间差异不显著。同一处理不同年份间咖啡豆密度存在显著差异，2019年咖啡豆密度显著小于2018和2020年。

表3 不同施肥处理咖啡鲜干比、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 不同施肥处理对咖啡豆粒度大小的影响

对不同处理咖啡豆粒度大小进行比较，结果（表4）表明，2018年，在粒度＞7.0 mm级，T5处理显著高于其余处理；在6.5～7.0 mm级，各处理间差异不显著；在6.0～6.5 mm和5.0～6.0 mm级，T5处理显著小于T2处理。2019年，各处理间均无显著差异；2020年，在5.0～6.0 mm级，T5处理显著小于T1处理。对3年试验进行平均，粒度＞7 mm的咖啡豆占比为20.89%～32.64%，6.5～7.0 mm咖啡豆占比为27.22%～31.91%，6.0～6.5 mm咖啡豆占比为23.96%～29.79%，5.0～6.0 mm咖啡豆占比为12.56%～19.51%，各处理间差异不显著。综上可知，大颗粒咖啡豆占比随施肥量的增加而增加，小颗粒咖啡豆占比随施肥量的增加而减少，即增加施肥量提高了咖啡豆的粒度。

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

同一处理不同年份间进行比较，除T4和T5处理外，2019年＞7 mm的咖啡豆占比显著高于2018和2020年；除T2和T5处理外，2018年6.5～7.0 mm咖啡豆占比显著高于2020年；除T3和T5处理外，2018年6.0～6.5 mm咖啡豆占比显著高于2019和2020年；2020年5.0～6.0 mm咖啡豆占比显著高于2018和2019年。由此表明，咖啡豆粒度在年际间存在差异，由大到小依次为2019年＞2018年＞2020年。

2.4 不同施肥处理经济效益分析

对不同处理的经济效益进行比较，结果（表5）表明，随施肥量的增加，投入的肥料和人工成本增加；产出先增加后减少。T1处理的产投比最高，T2处理的利润最高，而T5处理投入的肥料和人工成本总和大于产出，为施肥负效应。

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

3 讨论

3.1 肥料减施或增施过量则产量下降

合理施肥有助于产量提高［3，8，13］。当施肥量达到或超过合理施肥量的上限值，产量随施肥量的增加而减少［3］。Bruno 等［14］提出施肥量为200 kg·hm-2时氮肥利用率最高。本研究结果N和K2O最佳施肥量与前人研究结果［14］相一致，但P2O5施用量低于前人研究结果［3，9-10］。咖啡从土壤吸收的磷元素较少［2］，缺N对小粒咖啡产量影响较大，其次为K，而P对产量影响较小［9］。普洱咖啡产区土壤综合肥力处于适宜范围［15］，磷肥施入土壤不容易挥发和淋失，因此较少的磷肥施用量对咖啡产量无显著影响。在常规施肥量基础上减量50%，其3年平均单株鲜果产量与常规施肥处理无显著差异；当减量75%时，其3年平均单株鲜果产量显著低于常规施肥处理。由此可见，在一定范围内肥料减施对产量无显著影响，减施过量则产量显著减少，与前人研究结果［16-17］一致。

咖啡当年产量与上一年产量呈显著负相关，这种由生理或遗传因子造成的现象在国外很多咖啡种植区均有报道［18］。本研究中试验材料2018年观测的树龄为4年，刚进入盛产期，且该年也是咖啡结果大年，因此，2018年咖啡产量显著高于2019年。按常规大小年规律推断，2020年产量应高于2019年，但试验结果显示2020年产量也较低，可能是由于2020年1—6月，咖啡开花和幼果发育期，试验点长达6个月未下雨，干旱影响了开花、坐果和幼果的发育［19］，导致产量较低。

3.2 减量施肥不影响咖啡豆鲜干比和密度，增量施肥百粒重增加

咖啡果实膨大期形成了包裹咖啡豆的最大体积腔，果实发育后期咖啡豆体积无显著变化。咖啡种子中胚乳是强势的库，在胚乳充实阶段，若植株载果负荷过大，养分不足，果实可吸收植株所有叶片营养，显著降低营养器官的生长，甚至耗尽储存在茎秆中的碳水化合物供果实发育，以确保不产生空瘪种子［19］。因此，咖啡减量施肥与常规施肥相比，鲜干比、密度无显著差异。各处理咖啡豆粒径经筛分后，主要分布在6.0～7.0 mm范围。随施肥量的增加，咖啡豆的百粒重增加，豆粒粒径有增大的趋势。咖啡豆密度反映咖啡豆的紧实程度，在2018和2019年，不同施肥处理间存在一定差异，但3年平均后各处理间咖啡豆密度无显著差异，说明施肥量对密度无显著影响。2019年咖啡豆粒度最大，2020年最小。密度与咖啡豆粒度间呈负相关关系，因此，2019年咖啡豆密度显著小于2018和2020年。咖啡豆粒度大表明果实生长速度快，组织结构松散；而果实生长慢则形成小颗粒果实，组织结构紧密。2018和2019年咖啡豆鲜干比和粒度均大于2020年，由此表明，果实膨大期的降水量对咖啡豆大小起关键作用［19］。2020年1—6月天气干旱，严重影响咖啡果实的发育，使得咖啡鲜果空瘪率增加，出豆率降低，鲜干比较低，咖啡豆颗粒小。由此可见，咖啡果实鲜干比及咖啡豆粒度和密度与咖啡果实发育期间的降雨量密切相关［19-21］。

3.3 减量50%的施肥处理产投比和利润较高

本研究表明，减量施肥能够提高产投比和纯利润，其中减量75%时，产投比最高，但过低的施肥量会造成咖啡植株过量负载、叶果比失衡、枯枝增多，长期养分不足还会导致植株死亡；减量50%可获得较高产投比，且利润最高，既降低了肥料和人工成本，又不影响咖啡豆品质，是经济有效的施肥方案。增量施肥处理的产投比和纯利润较低，特别是T5处理，利润为负值，这种无效的施肥方案，即浪费了肥料，增加了成本，还会导致土壤质量下降和环境污染等风险。因此，即使在咖啡市场价格较高时，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%。由此可见，人工成本占比较大，建议改变施肥方式，如采用机械施肥或施用控释肥以减少施肥次数、降低人工成本，可能会成为提高咖啡生产经济效益的有效措施。