小粒咖啡不同海拔土壤肥力現狀及變化特征

趙明珠 吳婷 唐瑾 馬關潤 郭鐵英 蕭自位 蘇琳琳 周華 白學慧

摘? 要? 全國第二次土壤普查迄今30年，小粒咖啡的土壤肥力不斷更新變化，為實現土地資源的有效利用并促進咖啡產業的可持續發展，探尋小粒咖啡的土壤肥力現狀和變化特征尤為重要。2015—2018年間對小粒咖啡6個主產區采集的大量土壤數據進行分析，研究咖啡地土壤肥力現狀，并與第二次土壤普查數據相對比，得出咖啡土壤肥力的變化特征及原因。目前，小粒咖啡土壤pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀的平均值分別為5.53、32.68 g/kg、128.77 mg/kg、18.01 mg/kg和138.31 mg/kg，主要分布范圍分別為4.5～5.5、>40 g/kg、120～150 mg/kg、10～20 mg/kg和100～150 mg/kg。小粒咖啡土壤肥力在不同海拔高度的分布均存在顯著差異，pH和堿解氮含量隨海拔高度增加而降低，有機質和有效磷含量隨海拔高度增加而增加，速效鉀含量隨海拔高度的增加呈先增加后降低。與第二次土壤普查相比，目前小粒咖啡土壤呈酸化趨勢，有機質、堿解氮和速效鉀含量明顯降低，而有效磷含量顯著提高。宜耕區長期頻繁耕作、大量施用化學肥料，小粒咖啡土壤肥力變化顯著。建議小粒咖啡主產區應控制磷肥施用量，推進咖啡秸稈、果皮發酵還田的力度，加快小粒咖啡土壤肥力的提高并達到養分供需平衡。

關鍵詞? 小粒咖啡;土壤肥力;海拔;全國第二次土壤普查中圖分類號? S571.2? ? ? 文獻標識碼? A

Abstract? The soil fertility of Coffea arabica L. was analyzed by massive data of soil sampled in six main producing regions in Yunnan Province during 2015-2018， and compared with the data obtained during the second national soil survey to explore the laws and causes of the variation of the soil fertility. Presently， the soil fertility of C. arabica L. in Yunnan was pH 4.5-5.5 or 5.53 on average， organic matter 32.68 g/kg， alkalystic N 128.77 mg/kg， available P 18.01 mg/kg， and available K 138.31 mg/kg. The soil fertility had significant difference in different altitudes. pH and the content of alkalystic N decreased， the content of soil organic matter and available P increased， and the content of available K increased first and then decreased with the increase of altitude. Compared with the results from the second national soil survey， the soil pH， the content of organic matter， alkalystic N and available K decreased while available P increased significantly. The soil fertility varied significantly due to long-term frequent tillage and large application of chemical fertilizers in suitable areas. It is suggested that the application amount of phosphate fertilizer should be controlled， and the returning of coffee straw and peel to the field should be promoted to achieve the balance of supply and demand for nutrient.

Keywords? C. arabica L.; soil fertility; altitude; the second national soil survey

DOI? 10.3969/j.issn.1000-2561.2019.04.002

土壤肥力狀況制約著每個農業作物的安全可持續發展，通過利用土壤肥力的變化特征可為土壤資源和合理施肥提供有效的科學依據[1]。作為世界三大飲料作物的咖啡，在中國的新興特色農業中，扮演著舉足輕重的地位。隨著時代的不斷演替與更新，土壤肥力隨著土地的利用方式、施肥水平和管理措施不斷發生變化，不同的海拔、土壤類型、氣候和生物等因素，致使同一地區不同的區域土壤肥力狀況存在較大差異。隨著我國勞動力不斷向城市轉移，農村的剩余勞動力較為稀缺，咖啡的種植、采摘過程以及后期的加工處理都亟需勞動力。

我國從20世紀30年代就開始在全國進行第二次土壤普查，但與上次土壤普查已有30年之隔，目前海拔與土壤肥力的相關性研究已有諸多報道，取得豐富成果，地形、植被結構、溫度、水分和光照等環境因子隨著海拔的上升表現出一定的規律性，但由于研究的作物、區域差異，所得出的結論也不盡相同。焦潤安等[2]對隴南白龍江流域油橄欖園土壤肥力研究指出土壤肥力總體呈現了隨海拔升高而降低的趨勢，華北山區海拔越低土壤有效磷含量越高[3]，武夷山、廬山茶園和納板河自然保護區土壤有機質含量隨海拔高度升高而升高[4-5]，薛沛沛等[6]對大崗山不同海拔毛竹林土壤肥力研究也指出海拔與土壤肥力呈正相關關系。云南省的普洱、臨滄、德宏、保山、文山和怒江作為小粒咖啡的主產區，每個產區的海拔不一，隨之的土壤肥力也各不相同。隨著近年來我國對咖啡行業的不斷重視，小粒咖啡的種植面積和產量不斷上升，化肥施用量也隨之升高，有機肥攝入量卻不斷萎縮，導致土壤理化性質不斷發生改變，土壤質量降低。

本文通過對云南咖啡地土壤樣品的測定、數據分析統計，明確小粒咖啡土壤肥力現狀，并與全國第二次土壤普查的結果比較，得出土壤肥力的變化特征，為咖啡地合理施肥、促進土壤養分平衡提供一定的理論依據。

1? 材料與方法

1.1? 研究區概況

云南省西南部的普洱、臨滄、怒江，西部的德宏、保山以及東南部的文山都屬于云南的熱區，同時是生產小粒咖啡的黃金地帶，擁有著得天獨厚的自然條件優勢：位于北緯21～25°的亞熱帶氣候，年均氣溫15～25 ℃，海拔500～2000 m（高海拔促進咖啡優良品質的形成），年平均降雨量豐沛700～1800 m，雨熱同期，日照充足（促進咖啡生長），晝夜溫差大（15～20 ℃，利于咖啡養分積累），干濕分明（利于咖啡采收），基本全年無霜（咖啡為喜熱作物，不耐寒），成為孕育優質咖啡的溫床。普洱、臨滄、德宏和保山并稱云南小粒咖啡的四大核心主產區。截至目前，云南全省的小粒咖啡種植面積達11.8萬hm2，年產量13.9萬t。根據小粒咖啡主產區每個采樣點的海拔高度，劃分為3個海拔梯度，分別為低海拔（500～1000 m）地區、中海拔（1000～1500 m）地區和高海拔（>1500 m）地區。

1.2? 土樣采集與分析

2015—2018年間在云南省小粒咖啡主產區：普洱、臨滄、德宏、保山、文山和怒江地區，采用GPS定位。每個點采集3份土樣（0～20 cm），采用“梅花形”采樣法采集[7]，共采集684份土壤樣品，土樣分布詳細情況如表1所示。

采用2.5∶1水土比，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（OM）;1.0 mol/L NaOH堿解擴散法測定土壤堿解氮（AN）;0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提-比色法測定土壤有效磷（AP）;1.0 mol/L NH4OAc浸提-火焰光度法測定土壤速效鉀（AK）[8]。

1.3? 數據分析

采用Excel軟件和SPSS軟件進行數據整理與分析。土壤養分分級按照全國第二次土壤普查[9]時指定的標準，利于二者間的分析比較。

2? 結果與分析

2.1? 土壤pH分析

土壤pH是評價土壤質量高低的重要指標之一，其大小制約土壤養分的含量及其有效性，從而影響土壤肥力的形成[10]。目前云南省小粒咖啡主產區的土壤pH范圍4.21～8.11（表2），呈正態分布（圖1A），平均值為5.53，變異系數為13.75%，

較低。土壤強酸、酸性、微酸、中性、堿性和強堿水平的分布頻率分別為2.19%、55.12%、31.14%、9.65%、1.90%和0.00%，小粒咖啡主產區的3個海拔高度的土壤pH：低海拔>中海拔>高海拔，三者間存在顯著差異，表現為土壤pH隨著海拔的升高逐漸降低的趨勢。

小粒咖啡最適宜種植的土壤pH為5.5～6.5，主產區仍有57.31%的土壤酸性過強，11.55%的土壤堿性過強。低海拔地區21.43%的土壤過酸現象，比第二次土壤普查時增加15.09%;41.84%的土壤過堿，比第二次土壤普查時減少18.73%（圖1B）。中海拔地區60.91%的土壤過酸現象，比第二次土壤普查時增加9.72%;6.91%的土壤過堿，比第二次土壤普查時增加6.12%（圖1C）。高海拔地區100%的土壤過酸，比第二次土壤普查時增加49.86%（圖1D）。

2.2? 土壤的有機質含量分析

有機質作為衡量土壤肥力高低的關鍵因素之一，其含量高低影響土壤的質量，同時制約著作物的生長發育。目前云南咖啡主產區的土壤有機質含量4.32～79.63 g/kg（表2），呈正態分布（圖2A），平均含量為32.68 g/kg，變異系數為51.30%，屬中等變異。云南咖啡主產區的土壤有機質含量極缺、很缺、缺乏、中等、豐富和很豐富水平的分布頻率分別為0.58%、3.95%、25.15%、21.93%、14.91%和33.48%，3個海拔范圍內的有機質含量高海拔>中海拔>低海拔，三者間存在顯著差異，隨著海拔的升高有機質含量逐漸升高。

小粒咖啡主產區的土壤有機質由第二次土壤普查時的50.51 g/kg，減少到目前的32.68 g/kg，降幅35.30%。低海拔地區32.65%的土壤存在有機質缺乏現象，比第二次土壤普查時增加32.65%（圖2B）。中海拔地區30.18%的土壤存在有機質缺乏現象，比第二次土壤普查時增加29.39%（圖2C）。高海拔地區13.89%的土壤存在有機質缺乏，比第二次土壤普查時增加13.89%（圖2D）。

2.3? 土壤的堿解氮含量分析

土壤堿解氮含量作為農業活動中衡量氮肥施用量的主要指標，其高低反映出土壤的短期供氮能力及作物的養分吸收狀況。云南咖啡主產區的土壤堿解氮含量為9.90～286.62 mg/kg，呈正態分布（圖3A），平均為128.77屬中等變異（表2）。云南咖啡主產區的土壤堿解氮，極缺、很缺、缺乏、中等、豐富和很豐富水平的分布頻率分別為2.19%、2.19%、13.45%、23.39%、29.68%和29.09%，3個海拔范圍內的堿解氮含量依次為：低海拔≈中海拔>高海拔，高海拔與中低海拔間差異顯著，整體呈現出隨著海拔的升高堿解氮量逐漸降低的趨勢。中海拔地區的堿解氮變幅最大，為9.90～286.62 g/kg，與整個產區的變幅一致。

小粒咖啡主產區的土壤堿解氮由30年前的159.92 mg/kg，減少到目前的128.77 mg/kg，降幅19.48%。低海拔地區14.29%土壤存在堿解氮缺乏現象，比第二次土壤普查時減少1.56%（圖3B）。中海拔地區18.36%的土壤存在堿解氮缺乏現象，比第二次土壤普查時增加17.57%（圖3C）。高海拔地區19.44%的土壤存在堿解氮缺乏現象，比第二次土壤普查時增加19.44%（圖3D）。

2.4? 土壤的有效磷含量分析

土壤有效磷能定量反映土壤對作物的當季供磷能力高低，對指導科學施肥具有積極意義。云南咖啡主產區土壤有效磷含量為0.49～92.06 mg/kg，呈正態分布（圖4A），平均為18.01 mg/kg，變異系數為97.20%，是咖啡土壤肥力中變異系數最高的指標（表2）。云南咖啡主產區的土壤有效磷含量極缺、很缺、缺乏、中等、豐富和很豐富的分布頻率分別為14.33%、10.53%、15.94%、29.82%、18.71%和10.67%，3個海拔范圍內的有效磷含量依次為：高海拔>中海拔>低海拔，三者之間存在顯著差異，隨著海拔的升高有效磷含量逐漸升高。中海拔地區的有效磷變幅最大為0.49～92.06 mg/kg，與整個產區的變幅一致。

小粒咖啡主產區的土壤有效磷含量由30年前的9.93 mg/kg，增加到目前的18.01 mg/kg，增幅81.37%。低海拔地區38.78%土壤有效磷缺乏現象，比第二次土壤普查時減少45.73%（圖4B）。中海拔地區40.18%土壤有效磷缺乏現象，比第二次土壤普查時減少15.77%（圖4C）。高海拔地區55.56%土壤有效磷缺乏現象，比第二次土壤普查時減少27.82%（圖4D）。

2.5? 土壤的速效鉀含量分析

土壤的速效鉀含量作為評價土壤對作物的當季供鉀能力高低的重要指標，對指導農業生產活動中合理施用鉀肥具有重要意義。云南咖啡主產區的土壤速效鉀含量為43.34～317.49 mg/kg，呈正態分布（圖5A），平均為138.31 mg/kg，變異系

數為28.94%，屬較低變異（表2）。云南咖啡主產區的土壤速效鉀含量極缺、很缺、缺乏、中等、豐富和很豐富水平的分布頻率分別為0.00%、0.29%、17.54%、46.49%、30.12%和5.56%，3個海拔范圍內的速效鉀含量依次為：中海拔>高海拔≈低海拔，中海拔與高低海拔間差異顯著，隨著海拔的升高速效鉀含量先升高后降低。中海拔地區的速效鉀變幅最大為43.34～317.49 mg/kg，與整個產區的變幅一致。

小粒咖啡主產區的土壤速效鉀含量由30年前的156.59 mg/kg，減少到目前的138.31 mg/kg，降幅為11.67%。低海拔地區25.51%土壤速效鉀缺乏現象，比第二次土壤普查時增加25.51%（圖5B）。中海拔地區16.55%的土壤速效鉀缺乏，比第二次土壤普查時增加8.61%（圖5C）。高海拔地區16.67%的土壤速效鉀缺乏，比第二次土壤普查時增加16.67%（圖5D）。

3? 討論

小粒咖啡主產區的土壤肥力狀況具有明顯的海拔差異性。成土母質、地形地貌和生產活動等不同的生態環境顯著影響著土壤的肥力特性[11]。低海拔地區，土壤多為黃土、赤土和紅灰泥土，該區域土體中含有石英顆粒，有機質含量低，土壤中的碳酸鈣含量增多，降低有效磷含量[12]。中海拔地區，土壤以赤土、黃棕土為主，該區域土壤偏酸性，保水保肥能力較強，土體熟化程度較高，有機質含量高[12]，是小粒咖啡的主要生產地段。高海拔地區，土壤大多數為黃紅壤，質地偏黏，該區域多為新開墾的林地，有機質含量豐富，酸性強。高海拔地區咖啡生長期長[13]，利于生物堿和酚性物質合成[14]，咖啡杯品厚度佳，成為生產精品咖啡的黃金地帶。

土壤酸堿度不僅影響土壤中的微生物活性，而且制約著土壤養分的形成、轉化、吸收與利用，成為判別土壤肥力高低的主要指標之一[15]。30年內，土壤pH下降0.5個單位，主要原因是長期過量施用氮肥[16]。土壤酸化現象在高海拔地區比較顯著，土壤過酸會影響咖啡對土壤養分的吸收與利用，阻礙根系生長，大量咖啡收獲加速土壤礦物風化并過度消耗堿性礦物養分庫，最終導致土壤pH不斷降低[17]。可結合當地小氣候特點進行相應的養分優化管理和種植調整[3]，采用咖啡與橡膠、龍眼、牛油果、西番蓮的復合種植模式，充分利用作物的空間分布特征。施用石灰石和生物炭混合改良劑、生物調理劑，土壤pH改善至5.0～5.5，土壤有機質、速效磷、堿解氮分別提高了25%～39%、38%～74%、7%～13%[18]。

土壤有機質是組成土壤肥力的重要指標，是肥力形成的實質，同時影響并制約著土壤的理化性質[2]。自全國第二次土壤普查以來，云南熱區的耕地面積不斷減少，優質耕地鹽堿化、沙化或占用，土壤肥力差的土地被開墾為耕地，致使整體咖啡產區的耕地質量不斷下降，重化肥輕有機肥也是關鍵因素之一。海拔升高改變了微生物群落結構[3]，土壤有機質含量隨海拔高度升高而升高[4-5]，高海拔地區的土壤活性有機碳含量和分配比例較高[19]，與本研究結果一致。

土壤堿解氮是氮肥轉化成作物可吸收利用的主要形式，其含量高低表征氮肥的豐缺和利用率狀況。咖啡地的氮肥施用量匱乏，氮肥在分解過程中釋放CO2和有機酸，CO2部分被植物吸收利用，部分溶解于土壤產生各種酸，加快土壤酸化進程，但促進難溶物質溶解，增加土壤的有效養分含量[15]。土壤有效磷缺乏導致植物的咖啡受到限制，過多則影響質量和品質的形成[20]。低海拔地區多為石灰性母質，所以磷養分貧瘠[15， 21]。小粒咖啡最適宜的氮磷鉀配比為25∶9∶19，咖啡對肥料的需求量是氮肥最多，其次是鉀肥，最少是磷肥。從生態友好型農業發展的角度看，土壤磷含量需要保持在既能保證咖啡的高產、穩產和優質，又能最大限度降低環境的污染破壞力[22]。土壤中的鉀不會發生形態的轉化，與易轉化的氮和隨雨水淋失易被土壤固定的磷不一致，因此能夠真實反映咖啡地的施肥現狀[15]，可采用磷素衡量監控技術[23]，提高磷肥的有效利用率。中、高海拔地區土壤質地較為黏重，土壤速效鉀含量高[24]。咖啡對鉀的需求量僅次于氮，但農民長期重施氮磷肥輕鉀肥的習慣，導致消耗土壤中大量的鉀素，同時得不到及時的補充。中國普遍存在鉀肥缺乏現象，80%以上的鉀素存于作物秸稈中，因此咖啡果皮、咖啡渣、修剪的枝干等發酵腐熟還田作為一種重要的速效鉀資源，可有效增加土壤的有機質和速效養分含量[25-26]。因地制宜，堅持咖啡帶走多少施用多少的原則，保證土壤養分的動態平衡。

咖啡主產區由低海拔向高海拔土壤酸堿度逐漸降低，交換性酸增加，酸性增強;土壤有機質、有效磷含量隨海拔的升高而增加[27]，土壤速效鉀含量隨著海拔的升高呈現先升后降的趨勢，與焦潤安等[2]的研究結果不一致，可能與咖啡主產區所處的干熱河谷小氣候特征在不同海拔下的地形、植被結構、溫度、水分和光照等環境異質性息息相關。

4? 結論

（1）目前小粒咖啡主產區的土壤pH平均為5.53，屬酸性土壤;有機質平均含量為32.68 g/kg，屬豐富水平;堿解氮平均含量為128.77 mg/kg，屬豐富水平;有效磷平均含量為18.01 mg/kg，屬中等水平;速效鉀平均含量為138.31 mg/kg，屬中等水平。

（2）土壤pH、有機質、堿解氮、有效磷和速效鉀含量的主要分布范圍為4.5～5.5、>40 g/kg、120～150 mg/kg、10～20 mg/kg和100～150 mg/kg，比例分別為55.12%、33.48%、29.68%、29.82%和46.49%;全國第二次土壤普查時的主要分布范圍為5.5～6.5、>40 g/kg、>150 mg/kg、10～20 mg/kg和150～200 mg/kg，所占比例分別為44.91%、59.62%、58.14%、29.42%和62.23%。

（3）不同海拔高度比較，土壤pH和堿解氮含量表現為低海拔>中海拔>高海拔，有機質、有效磷含量表現為高海拔>中海拔>低海拔，速效鉀含量表現為中海拔>高海拔≈低海拔地區。

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