趙明珠 郭鐵英 馬關(guān)潤 蕭自位 蘇琳琳 吳 婷 唐 謹 白學慧

(云南省德宏熱帶農(nóng)業(yè)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(jīng)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(chǎn)量分別占世界咖啡總面積和總產(chǎn)量的80%和82%以上。云南作為最佳的咖啡產(chǎn)地，種植面積和產(chǎn)量均占全國99%以上[1]。土壤是作物賴以生存的基礎(chǔ)，土壤肥力是地球生物圈可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素，也是評估和判斷農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展、土壤管理和土地利用的準則[2]。不同區(qū)域的土壤母質(zhì)、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(tǒng)深入的土壤肥力研究已屢見不鮮[2-4]。作為新興領(lǐng)域的咖啡，其不同主產(chǎn)區(qū)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(chǎn)區(qū)的土壤肥力現(xiàn)狀、變化及不同區(qū)域間的差異，客觀評價土壤為咖啡提供營養(yǎng)和協(xié)調(diào)環(huán)境的能力，明確小?？Х鹊耐寥婪柿Γ瑢τ诔浞掷猛恋刭Y源、制定合理的施肥方案，實現(xiàn)咖啡優(yōu)質(zhì)高產(chǎn)和環(huán)境友好具有重要意義。

1 材料與方法

1.1 小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)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(qū)位于生產(chǎn)小?？Х鹊狞S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(qū)都是小?？Х犬a(chǎn)區(qū)，其中普洱、臨滄、德宏和保山為云南小?？Х人拇蠛诵闹鳟a(chǎn)區(qū)，其得天獨厚的自然條件優(yōu)勢，特別適合小粒咖啡生長，也是高品質(zhì)小?？Х鹊淖钸m宜區(qū)(表1)[5-7]。目前，云南省的小?？Х确N植面積達11.8萬hm2，年產(chǎn)量13.9萬t。

表1 小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)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(chǎn)區(qū)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(shù)據(jù)和相對應的施肥數(shù)據(jù)(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(zhì)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(shù)據(jù)統(tǒng)計與分析

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

2 結(jié)果與分析

2.1 咖啡地土壤現(xiàn)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(yōu)良品質(zhì)的重要因素之一[11]。由表2可知，小粒咖啡主產(chǎn)區(qū)的海拔667.0～1 650.0 m，平均1 186.1 m，變異系數(shù)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(qū)的海拔最高(1 247.4 m)，與其余地區(qū)差異顯著。

根據(jù)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?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)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(yǎng)元素的存在狀態(tài)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(chǎn)區(qū)土壤pH4.21～8.11，平均5.53，變異系數(shù)13.75%，低等變異；各主產(chǎn)區(qū)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(qū)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?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)土壤pH均未有＞8.5的樣本，表明目前云南小粒咖啡主產(chǎn)區(qū)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(qū)的土壤呈弱酸性。

2.1.3 有機質(zhì)含量狀況

有機質(zhì)是土壤的物理、化學和生物性質(zhì)的決定性因素，同時是農(nóng)業(yè)可持續(xù)發(fā)展的關(guān)鍵因素[13]。由表1可知，小粒種咖啡主栽區(qū)土壤有機質(zhì)含量4.32～79.63 g/kg，平均32.681 g/kg，變異系數(shù)51.30%，中等變異。有機質(zhì)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(qū)的土壤有機質(zhì)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(zhì)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(qū)存在有機質(zhì)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(tài)和供氮水平，其含量與作物產(chǎn)量及吸氮量高度相關(guān)[4]。由表2可知，小粒咖啡主產(chǎn)區(qū)土壤堿解氮含量9.90～286.62 mg/kg，平均 128.77 mg/kg，變異系數(shù)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(zhì)的分布表現(xiàn)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(qū)＜90 mg/kg的比例分別為95.83%和75.00%，說明二者超過3/4地區(qū)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(qū)域、土壤類型和耕作方式等多種因素息息相關(guān)[14]。由表2可知，小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)土壤有效磷含量 0.49～92.06 mg/kg，平均 18.53 mg/kg，變異系數(shù)高達97.20%，顯著高于其他各土壤養(yǎng)分的變異系數(shù)；有效磷含量排序為保山＞怒江＞德宏＞文山＞普洱＞臨滄，各主栽區(qū)差異顯著。其中保山的有效磷含量極顯著高于其他地區(qū)，臨滄最低。

由圖2-E可知，小粒咖啡主產(chǎn)區(qū)的土壤有效磷表現(xiàn)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(qū)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?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的土壤速效鉀含量43.34～317.49 mg/kg，平均138.31 mg/kg，變異系數(shù)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(chǎn)區(qū)。

由圖2-F可知，小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的土壤速效鉀表現(xiàn)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?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的土壤存在少量的鉀缺乏現(xiàn)象。

圖2 小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)土壤狀況頻率分布

圖2 小粒咖啡主產(chǎn)區(qū)土壤狀況頻率分布

表2 小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)土壤現(xiàn)狀的描述性統(tǒng)計

3 討論

3.1 小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的海拔現(xiàn)狀

云南省小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)均＞500 m，表明目前云南小?？Х染N植在中海拔及以上地區(qū)，這與小?？Х确N植所需的適宜海拔500～2 000 m要求表現(xiàn)一致[3]。本研究中14.47%地區(qū)海拔處于500～1 000 m，80.26%處于 1 000～15 000 m， 5.26%地區(qū)＞1 500 m，與咖啡專家張洪波等[11]結(jié)論一致，即小?？Х仍诤０? 200～1 500 m生長良好、品質(zhì)優(yōu)、產(chǎn)量穩(wěn)，是咖啡宜植區(qū)。低海拔地區(qū)的土壤成土母質(zhì)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(chǎn)中宜植區(qū)較少。高海拔地區(qū)土質(zhì)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(chǎn)者勞作，成本較高，因而咖啡適種區(qū)也少。不少學者提出，精品咖啡出于高海拔地區(qū)，臨滄＞1 500 m地區(qū)比例最高(17.31%)，具有生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)咖啡的潛力，這與高海拔地區(qū)形成的特殊小氣候環(huán)境利于咖啡內(nèi)含物的合成息息相關(guān)。

3.2 小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)的土壤肥力現(xiàn)狀

小粒咖啡主產(chǎn)區(qū)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(tài)氮肥導致的土壤酸化有關(guān)[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(fā)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(yōu)品質(zhì)咖啡的形成[16]。小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)pH適宜的比例較低，越是小?？Х纫?guī)模化種植區(qū)，土壤酸性越強，與長期大量施用化肥密切相關(guān)，保山、文山和怒江地區(qū)則可成為大力發(fā)展咖啡種植的潛力區(qū)。pH也可能與海拔有關(guān)，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(jù)不同地區(qū)土壤產(chǎn)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(diào)理劑等措施進行土壤改良[17]。

土壤有機質(zhì)最主要、最直接的作用是改良土壤結(jié)構(gòu)，促進團粒狀結(jié)構(gòu)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(fā)育。保山、文山和怒江等土壤有機質(zhì)缺乏區(qū)，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(jié)，同時促進中國農(nóng)業(yè)經(jīng)濟的健康和可持續(xù)發(fā)展[18]。根據(jù)不同的成土母質(zhì)，保山地區(qū)應多施有機肥，氮磷鉀肥則少量多施；怒江、文山地區(qū)應增施有機肥改善土壤結(jié)構(gòu)，防止土壤粘結(jié)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(fā)育和產(chǎn)量形成。王淑英等[19]研究指出，土壤有效磷在砂質(zhì)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(jié)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?shù)氐氖┝琢坑嘘P(guān)。在實際生產(chǎn)中，不同地區(qū)的咖啡施磷量可根據(jù)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(zhì)的固定作用等進行磷素的及時補給。少數(shù)地區(qū)存在鉀素缺乏，與主栽區(qū)的施鉀量普遍較高息息相關(guān)。粘重質(zhì)地的土壤速效鉀含量一般高于質(zhì)地輕的土壤[16]，這與本研究結(jié)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(qū)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(fā)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(jié)果一致)，有機質(zhì)中偏低、速效鉀中偏高(與本研究結(jié)果不一致)，估計這與目前普洱咖啡種植戶對有機質(zhì)和鉀肥的重視度和施用力度息息相關(guān)。鄧巧玲等[21]也認為秸稈還田能顯著提高土壤有機質(zhì)、有效磷和速效鉀含量，因此咖啡果皮[22]、葉片等發(fā)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(yǎng)家禽可提高生物多樣性，同時也可增加土壤速效養(yǎng)分含量[22]，改善土壤結(jié)構(gòu)，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(xiàn)增鉀提質(zhì)[17]。

小粒咖啡不同主栽區(qū)的土壤肥力有差異，可能與當?shù)乜Х确N植的重視程度、施肥水平、農(nóng)民的生產(chǎn)成本、勞動力情況等諸多因素有關(guān)，因此，可根據(jù)當?shù)氐纳a(chǎn)投入狀況，進行一些政策幫扶措施，獎勵農(nóng)民的增產(chǎn)與創(chuàng)收，降低生產(chǎn)成本，從而提高農(nóng)民的種植積極性。

4 結(jié)論

小?？Х戎鳟a(chǎn)區(qū)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(qū)土壤呈酸性；土壤有機質(zhì)為中等及以上肥力水平，德宏地區(qū)最高，保山、文山和怒江1/2左右地區(qū)的有機質(zhì)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(qū)少量土壤鉀缺乏。