云南咖啡主栽區土壤肥力現狀初評

趙明珠 蕭自位 李錦紅 張洪波 吳婷 唐謹 郭鐵英 馬關潤 白學慧

摘 要 對云南咖啡主栽區的土壤進行野外采集和室內分析，采集57個土壤樣品進行肥力指標測定和分析比較，采用客觀真實的單項系數和內梅羅綜合系數法來反映各咖啡主栽區的土壤肥力狀況，為咖啡科學施肥，優質生產提供一定的理論依據。云南咖啡主栽區土壤pH、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀和緩效鉀的平均值分別為5.5、29.96 g/kg、151.2、27.13、125.83和339.40 mg/kg；初步評價云南咖啡主栽區的土壤肥力狀況：土壤呈強酸性，有機質中等，堿解氮很豐富，速效磷豐富，速效鉀中等，緩效鉀缺乏，土壤的供鉀潛力不足；土壤肥力指標的變異程度按土壤pH、堿解氮、緩效鉀、有機質、速效鉀、速效磷的次序遞增。云南咖啡主栽區的土壤綜合肥力整體一般。

關鍵詞 云南 ；咖啡 ；土壤肥力

中圖分類號 S571.2 文獻標識碼 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2018.03.003

Abstract Fifty seven soil samples in the main coffee planting areas of Yunnan Province were collected to determine and analyze their soil fertility， and the soil fertility was expressed by using the actual single factor and Nemoro comprehensive index method in order to provide scientific basis for the scientific fertilization and high-quality production of coffee. The soil pH， organic matter， alkali-hydrolysable nitrogen， available P， available K and slowly available K in the main coffee planting area of Yunnan Province were 5.5， 29.96 g/kg， 151.2， 27.13， 125.83 and 339.40 mg/kg， respectively. This indicates that the soil was highly acid with moderate content of organic matter， high contents of alkali- hydrolysable nitrogen and available P， moderate content of available K， and low content of slowly available K， suggesting insufficient supply potential of potassium in the soil. The soil fertility index range was increasing in the order of soil pH， alkali - hydrolysable nitrogen， slowly available K， organic matter， available K， and available P. The soil fertility was general in the main coffee planting areas of Yunnan Province.

Keywords Yunnan ； coffee ； soil fertility

咖啡是世界三大飲料作物之一，屬茜草科（Rubiaceae）咖啡屬（Coffea genus）多年生常綠灌木或小喬木，原產于埃塞俄比亞。生產上主要栽培的品種為：小粒種（C. arabica. Linn）、中粒種（C.canephora. Pierre）和大粒種（C. Liberica. Bullex Hiern），已在世界多個熱帶地區生產種植。咖啡能刺激神經系統，提高大腦記憶和識別能力，促進胰島素分泌和降低Ⅱ型糖尿病風險，能刺激呼吸系統，治療早產嬰兒呼吸暫停，同時具有抗癌效果[1]。咖啡優良品質的形成與咖啡的生產量、施肥、耕作方式和自然環境的動態平衡息息相關。土壤肥力綜合反映了土壤的各方面性質狀況，肥力高低直接控制著咖啡的生長發育。劉秀帆等[2]采用的主成分、因子、相關系數和聚類分析等方法，全面客觀地對土壤肥力進行評價。這些方法也各有其優缺點，目前尚未形成統一的評價方法。1994年闞文杰和吳啟堂提出，內梅羅（Nemero）綜合指數法可對土壤肥力進行定量的評估，該方法不僅簡單而且易行，與土壤的真實肥力水平、植物生長表現一致[3]，與作物產量也有更高的相關性[4]。包耀賢等[4]也指出，內梅羅綜合指數法比因子分析法、相關系數法更靈敏。張雪凌等[5]曾采用該方法對土壤肥力進行評價。目前，咖啡養分管理方面的研究主要集中在水肥管理對養分吸收分配規律[6]和咖啡園土壤營養元素豐缺狀況[7]等方面的影響，而對咖啡主栽區土壤肥力狀況進行客觀真實評價的研究卻鮮見報道。本文探究云南咖啡主栽區的土壤肥力狀況，并采用單項系數和修正的內梅羅（Nemero）綜合系數相結合的方法，對咖啡主栽區的土壤肥力現狀進行初步評估，為咖啡的高產優質、科學施肥提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 土樣采集和測定

根據目前咖啡主栽區的生產現狀，將云南省咖啡主栽區保山、怒江、德宏、臨滄、普洱5個地區作為咖啡土樣的采集范圍（圖1）。2016年1～10月分別在云南省咖啡種植的5個主要市縣，采用GPS定位共采集土壤樣品57個，其中保山市8個、怒江2個、德宏9個、臨滄13個、普洱25個，各地區種植咖啡面積不同，所以不同地區采集的樣品數不同。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，自然風干，研磨、過篩并分袋包裝，等待測定。

土∶水=1∶2.5下用pH計測定土壤pH；重鉻酸鉀容量法—外加熱法測定土壤有機質；堿解擴散法測定土壤堿解氮；0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提—比色法測定土壤速效磷；1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法測定土壤速效鉀；熱HNO3浸提—火焰光度法測定土壤緩效鉀[3]。

1.2 土壤單項和綜合肥力的評價指標

根據全國第二次土壤普查土壤肥力指標分級標準[8]（表1），選取土壤的pH值、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀和緩效鉀作為土壤評價的單項指數指標。

參照曾曙才等[9]較系統、高獲取和連續性的研究方法，選取土壤pH值、有機質、堿解氮、速效磷和速效鉀作為綜合肥力的評價系數指標。

1.3 數據分析

采用Microsoft Excel 2016，SPSS 13.0和Minitab 17對試驗數據進行整理和統計分析。

采用下列方法對已選擇的土壤肥力評價指標的數值進行標準化處理，以消除各數值間的量綱差異。

上述式中，|F|i：土壤單項肥力系數；x：土壤測定值；xa與xp：土壤分級的標準下限和上限；xc：處于分級標準的上限和下限之間。土壤分級標準（xa、xc、xp）主要參考全國第二次土壤普查的分級標準（表2）。

內梅羅綜合系數對土壤綜合肥力進行初步評價，計算公式如下：

上述式中，|F|i：土壤的綜合肥力系數；|F|i平均：土壤單項肥力系數的平均值；|F|i最小：土壤單項肥力系數的最小值；n：評價的系數個數。

吳志峰等[10]提出，將土壤的綜合肥力分級為：|F|≥2.7很肥沃；2.7～1.8 肥沃；1.8～0.9一般；<0.9貧瘠。

2 結果與分析

2.1 土壤單項肥力評價

2.1.1 土壤的pH值

土壤pH是衡量土壤肥力水平的最重要的指標之一，其大小與很多物理、化學和生物反應息息相關，最終影響土壤的物質轉化。土壤pH分為7個等級：4.5～5.5為強酸性，5.5～6.0為酸性，6.0～6.5為弱酸性，6.5～7.0為中性，7.0～7.5為弱堿性，7.5～8.5為堿性，8.5～9.5為強堿性。由表3可知，57個土壤樣品的pH值4.67～8.11，變異系數12.22%。由圖2-A可知，云南咖啡主栽區的pH>7.5的比例最小，為1.75%，強酸性的土樣占59.65%，土壤酸性、弱酸性、中性和弱堿所占比例分別為22.81%、8.77%、5.26%和1.75%。因此，57個土樣基本屬于強酸性和酸性水平。土壤pH<4.5，咖啡的根系發育遲緩，導致土壤變酸，還會降低大部分陽離子的有效性，致使鉀、鎂和鈣缺乏，過低時降低磷、鉬可溶性，最終導致其缺乏。土壤pH低的地區，可根據酸化原因、過程和機理，采用化學、微生物改良和改善土壤排水狀況進行調節[11]。pH>6.0則影響咖啡良好品質的形成[12]。

2.1.2 土壤的有機質含量

有機質含量的高低反映了土壤肥力的演變過程，同時是土壤肥力豐缺的重要指標之一。由表3可知，云南咖啡主栽區的57個土樣有機質含量為4.31～55.89 g/kg，平均值29.96 g/kg，變異系數45.35%。由圖2-B可知：土壤有機質>40、30～40 、20～30和10～20 g/kg所占比例分別為26.32%、17.54%、28.07%、21.05%。根據表1土壤肥力狀況分級標準，云南咖啡主栽區土壤有機質屬于20～30 g/kg，為3級中等水平，基本滿足咖啡的短期生長需求。但云南咖啡主栽區的土壤有機質含量差異較大，仍有8.07%地區的土壤有機質偏低，這些區域可通過綠肥、秸稈和禽畜糞便腐熟發酵還田、測土配方施肥和深耕深松等方式來增加土壤有機質和土壤氮素含量[13]。

2.1.3 土壤的速效養分含量

土壤速效養分包括堿解氮、速效磷和速效鉀，是評價土壤養分供給情況的重要因子，其含量高低直接制約著咖啡的生長發育。

云南咖啡主栽區的土壤堿解氮含量為70.16～286.65 mg/kg，平均含量151.20 mg/kg，變異系數33%。由圖2-C可知，>150 mg/kg的土樣所占比例為47.37%；120.1～150、90.1～120和60.1～90 mg/kg所占比例分別為24.56%、19.30%和8.77%。根據土壤肥力分級標準，云南咖啡主栽區的土壤堿解氮屬于>150 mg/kg，為1級很豐富水平。

磷是土壤有機質的重要組成元素，土壤速效磷的含量高低反映了土壤磷素的供應水平。由表3可知，云南咖啡主栽區的土壤速效磷含量為0.75～133.39 mg/kg，平均含量27.13 mg /kg，變異系數較大115.9%，為強變異性。根據分級標準，土壤速效磷>40 mg/kg的比例為22.81%，20～39 mg/kg占21.05%，10～19、5～9、3～4、<3 mg/kg所占比例分別為14.03%、19.30%、8.77%、14.04%。由圖2-D可知，云南咖啡主栽區的土壤速效磷屬于20～39 mg/kg，為2級豐富水平。土壤的當季供磷能力強，但不同地區間的土壤變異程度很大，分布也不均勻。土壤含水量的增加有助于累積磷素，而氣溫升高、流水侵蝕則制約著磷素的積累[14]。磷素缺乏的咖啡主栽區應適當多施磷肥并增加灌溉水量；磷素豐腴的地區，應適當少施磷肥并減少灌溉水量，避免磷素過量，從而抑制植物對氮、鉀、鋅、硅、鉬的吸收，以免積累有害元素，使土壤酸化，引起咖啡早熟，籽粒小，產量低。

速效鉀是衡量土壤當季供鉀能力高低的重要指標。云南咖啡主栽區的土壤速效鉀含量為24.32～271.90 mg/kg，平均含量125.83 mg/kg，變異系數53.16%。根據分級標準土壤速效鉀100～149 mg/kg的比例為31.58%，其次>200、150～199、50～99、30～49 mg/kg所占比例分別為17.54%、14.04%、19.30%、14.04%，<30 mg/kg比例最小，為3.51%。由圖2-E可知，云南咖啡主栽區的土壤速效鉀屬于100～149 mg/kg，為3級中等水平，土壤的當季供鉀能力一般，基本能夠供應咖啡當季對鉀的需求量。但不同主栽區的速效鉀含量變異程度較大，地區分布極不均勻。速效鉀缺乏的咖啡主栽區，可適當施用鉀肥，提高咖啡產量和品質；速效鉀過量的地區，可適當減少施用鉀肥，避免因鉀素過量抑制植物對鎂、鈣的吸收，造成化肥浪費，從而增加生產成本，降低咖啡的產量和品質。

2.1.4 土壤的緩效鉀含量

緩效鉀是衡量土壤鉀素供給潛力大小的重要指標。由表3可知，云南咖啡主栽區的土壤緩效鉀含量為121.24～829.49 mg/kg，平均含量339.40 mg/kg，變異系數44.98%。根據土壤肥力的分級標準，土壤緩效鉀>600 mg/kg所占比例為7.02%，500～600 mg/kg比例為5.26%，400～500、300～400、200～300、<200 mg/kg所占比例分別為15.79%、31.58%、15.79%、24.56%。由圖2-F可知，云南咖啡主栽區的土壤緩效鉀屬于300～400 mg/kg，為4級缺乏水平。云南咖啡主栽區的土壤供鉀能力小，供鉀潛力不足。采用秸稈、咖啡落葉和果皮發酵還田[13]、農家腐熟肥等方式促進土壤鉀素的循環利用，提高土壤的供鉀潛力。

2.2 土壤的綜合肥力評價

土壤的綜合肥力系數是衡量土壤綜合理化性狀變化的重要指標，比單項肥力系數評價更客觀地反映土壤的肥力水平高低。內梅羅綜合肥力指數的變幅為0.91～1.53，平均1.15，為一般肥力水平。由圖3可知，咖啡主栽區100%的土壤綜合肥力系數處于0.9～1.8，為一般肥力。

3 討論

采用內梅羅綜合肥力系數對云南咖啡主栽區的土壤養分狀況進行分析和初步評價，結果顯示，土壤的綜合肥力現狀表現整體一般，有機質中等，堿解氮很豐富，速效磷豐富，速效鉀中等，各咖啡主栽區的土壤肥力分布不均。

土壤弱酸性，pH值5.5～6.5最適宜咖啡的生長[12]。主栽區的pH值為4.67～8.11，平均值5.5，咖啡主栽區的土壤酸度過高，影響咖啡的生長發育。此研究結果與徐志等[15]的研究結果有一定差異，57個咖啡土樣59.65%屬于強酸性，強酸性或強堿性的土壤都不適合咖啡的生長發育，云南咖啡主栽區的土壤主要呈強酸性，可能是施用過量的有機肥、尿素等銨態氮肥和磷肥導致土壤酸化。根據當地土壤酸化的原因可通過施用酸性土壤改良劑、石灰等方式來改良土壤的理化狀況，從而提高咖啡的土壤肥效[16]。

云南咖啡主栽區的土壤有機質為中等水平，平均含量29.96 g/kg，可采取有效措施適當增加有機質含量；堿解氮為很豐富水平，平均含量151.2 mg/kg，可少施氮肥，加之合理的耕作方式從而控制氮素流入地下水，造成水污染；速效磷為豐富水平，平均含量27.13 mg/kg；速效鉀為中等水平，平均含量125.83 mg/kg，可能是因為耕作方式、肥料種類、土壤緩效鉀的貯量和轉化速率的影響；鄧小華等[17]指出植煙土壤速效鉀含量隨海拔、pH值和有機質含量的升高而升高，咖啡主栽區的變化趨勢是否一致，還有待進一步研究；緩效鉀為缺乏水平，平均含量339.40 mg/kg，可能是由于該咖啡栽培區長年施用鉀肥，但并未施用鉀土，因此土壤的固鉀能力才會下降。

本試驗結果可得，土壤堿解氮、有機質、緩效鉀和速效鉀的變異系數小，整體含量比較穩定，然而，速效磷變異系數115.9%，變異的程度較大，估計與該地區施用過多的磷肥及其利用率低、有機肥的磷素增加有關，適當減少磷肥施用量可避免水體的富營養化、鎘等重金屬以及氟對自然和人類的危害。

施肥時勿單一增加磷、鉀肥的施用量，而應該提高磷、鉀肥的利用率。菌根能促進咖啡對磷的吸收，合理使用腐熟有機肥、生物有機肥和菌肥，可促進咖啡菌根的生長，少施、不施或者分次施用磷肥、多施有機肥，可有效地提高磷素利用率[18]。劉世亮等[19]提出，ABT生根粉能提高小麥的磷素利用率，但是否能提高咖啡的磷素利用率，還待進一步研究。通過增施追肥、葉面肥、以水促鉀肥、增施有機肥或者增加硝態氮肥的施用量均可提高鉀素的利用率。深施和集中施用鉀肥并接近咖啡的密集根系20 cm處，可提高根際的鉀濃度，同時增施硼肥也可有效提高鉀肥利用率8%～15%[20]。

根據修正后的內梅羅（Nemero）綜合肥力系數的初步評價結果可知，云南咖啡主栽區的土壤綜合肥力為一般肥力水平，估計與之前的咖啡價格連續走高，咖啡農戶為增加咖啡產量和收入而施用過量的氮磷鉀肥和不斷改進的耕作施肥水平息息相關。

試驗選取了pH值、有機質、堿解氮、速效磷、速效鉀和緩效鉀對咖啡主栽區的土壤肥力現狀進行分析和初步評價，但是影響土壤肥力的因素很多，土壤類型及其侵蝕程度、耕作方式、肥料種類和施用量、經緯度和海拔等因素是否影響咖啡的土壤肥力以及影響程度大小，還有待更深入的研究與討論。

4 結論

根據內梅羅綜合肥力系數的初評結果，云南咖啡主栽區的土壤綜合肥力為一般肥力水平，客觀真實地反映了咖啡主栽區的土壤肥力現狀，可根據每個咖啡主栽區得出的肥力水平結果，因地制宜，采用科學合理的施肥方法來提高咖啡的產量和品質。

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