云南咖啡主栽区土壤肥力现状初评

赵明珠 萧自位 李锦红 张洪波 吴婷 唐谨 郭铁英 马关润 白学慧

摘 要 对云南咖啡主栽区的土壤进行野外采集和室内分析，采集57个土壤样品进行肥力指标测定和分析比较，采用客观真实的单项系数和内梅罗综合系数法来反映各咖啡主栽区的土壤肥力状况，为咖啡科学施肥，优质生产提供一定的理论依据。云南咖啡主栽区土壤pH、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和缓效钾的平均值分别为5.5、29.96 g/kg、151.2、27.13、125.83和339.40 mg/kg；初步评价云南咖啡主栽区的土壤肥力状况：土壤呈强酸性，有机质中等，碱解氮很丰富，速效磷丰富，速效钾中等，缓效钾缺乏，土壤的供钾潜力不足；土壤肥力指标的变异程度按土壤pH、碱解氮、缓效钾、有机质、速效钾、速效磷的次序递增。云南咖啡主栽区的土壤综合肥力整体一般。

关键词 云南 ；咖啡 ；土壤肥力

中图分类号 S571.2 文献标识码 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，属茜草科（Rubiaceae）咖啡属（Coffea genus）多年生常绿灌木或小乔木，原产于埃塞俄比亚。生产上主要栽培的品种为：小粒种（C. arabica. Linn）、中粒种（C.canephora. Pierre）和大粒种（C. Liberica. Bullex Hiern），已在世界多个热带地区生产种植。咖啡能刺激神经系统，提高大脑记忆和识别能力，促进胰岛素分泌和降低Ⅱ型糖尿病风险，能刺激呼吸系统，治疗早产婴儿呼吸暂停，同时具有抗癌效果[1]。咖啡优良品质的形成与咖啡的生产量、施肥、耕作方式和自然环境的动态平衡息息相关。土壤肥力综合反映了土壤的各方面性质状况，肥力高低直接控制着咖啡的生长发育。刘秀帆等[2]采用的主成分、因子、相关系数和聚类分析等方法，全面客观地对土壤肥力进行评价。这些方法也各有其优缺点，目前尚未形成统一的评价方法。1994年阚文杰和吴启堂提出，内梅罗（Nemero）综合指数法可对土壤肥力进行定量的评估，该方法不仅简单而且易行，与土壤的真实肥力水平、植物生长表现一致[3]，与作物产量也有更高的相关性[4]。包耀贤等[4]也指出，内梅罗综合指数法比因子分析法、相关系数法更灵敏。张雪凌等[5]曾采用该方法对土壤肥力进行评价。目前，咖啡养分管理方面的研究主要集中在水肥管理对养分吸收分配规律[6]和咖啡园土壤营养元素丰缺状况[7]等方面的影响，而对咖啡主栽区土壤肥力状况进行客观真实评价的研究却鲜见报道。本文探究云南咖啡主栽区的土壤肥力状况，并采用单项系数和修正的内梅罗（Nemero）综合系数相结合的方法，对咖啡主栽区的土壤肥力现状进行初步评估，为咖啡的高产优质、科学施肥提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 土样采集和测定

根据目前咖啡主栽区的生产现状，将云南省咖啡主栽区保山、怒江、德宏、临沧、普洱5个地区作为咖啡土样的采集范围（图1）。2016年1～10月分别在云南省咖啡种植的5个主要市县，采用GPS定位共采集土壤样品57个，其中保山市8个、怒江2个、德宏9个、临沧13个、普洱25个，各地区种植咖啡面积不同，所以不同地区采集的样品数不同。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，自然风干，研磨、过筛并分袋包装，等待测定。

土∶水=1∶2.5下用pH计测定土壤pH；重铬酸钾容量法—外加热法测定土壤有机质；碱解扩散法测定土壤碱解氮；0.03 mol/L NH4F-0.025 mol/L HCl浸提—比色法测定土壤速效磷；1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法测定土壤速效钾；热HNO3浸提—火焰光度法测定土壤缓效钾[3]。

1.2 土壤单项和综合肥力的评价指标

根据全国第二次土壤普查土壤肥力指标分级标准[8]（表1），选取土壤的pH值、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和缓效钾作为土壤评价的单项指数指标。

参照曾曙才等[9]较系统、高获取和连续性的研究方法，选取土壤pH值、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾作为综合肥力的评价系数指标。

1.3 数据分析

采用Microsoft Excel 2016，SPSS 13.0和Minitab 17对试验数据进行整理和统计分析。

采用下列方法对已选择的土壤肥力评价指标的数值进行标准化处理，以消除各数值间的量纲差异。

上述式中，|F|i：土壤单项肥力系数；x：土壤测定值；xa与xp：土壤分级的标准下限和上限；xc：处于分级标准的上限和下限之间。土壤分级标准（xa、xc、xp）主要参考全国第二次土壤普查的分级标准（表2）。

内梅罗综合系数对土壤综合肥力进行初步评价，计算公式如下：

上述式中，|F|i：土壤的综合肥力系数；|F|i平均：土壤单项肥力系数的平均值；|F|i最小：土壤单项肥力系数的最小值；n：评价的系数个数。

吴志峰等[10]提出，将土壤的综合肥力分级为：|F|≥2.7很肥沃；2.7～1.8 肥沃；1.8～0.9一般；<0.9贫瘠。

2 结果与分析

2.1 土壤单项肥力评价

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标之一，其大小与很多物理、化学和生物反应息息相关，最终影响土壤的物质转化。土壤pH分为7个等级：4.5～5.5为强酸性，5.5～6.0为酸性，6.0～6.5为弱酸性，6.5～7.0为中性，7.0～7.5为弱碱性，7.5～8.5为碱性，8.5～9.5为强碱性。由表3可知，57个土壤样品的pH值4.67～8.11，变异系数12.22%。由图2-A可知，云南咖啡主栽区的pH>7.5的比例最小，为1.75%，强酸性的土样占59.65%，土壤酸性、弱酸性、中性和弱碱所占比例分别为22.81%、8.77%、5.26%和1.75%。因此，57个土样基本属于强酸性和酸性水平。土壤pH<4.5，咖啡的根系发育迟缓，导致土壤变酸，还会降低大部分阳离子的有效性，致使钾、镁和钙缺乏，过低时降低磷、钼可溶性，最终导致其缺乏。土壤pH低的地区，可根据酸化原因、过程和机理，采用化学、微生物改良和改善土壤排水状况进行调节[11]。pH>6.0则影响咖啡良好品质的形成[12]。

2.1.2 土壤的有机质含量

有机质含量的高低反映了土壤肥力的演变过程，同时是土壤肥力丰缺的重要指标之一。由表3可知，云南咖啡主栽区的57个土样有机质含量为4.31～55.89 g/kg，平均值29.96 g/kg，变异系数45.35%。由图2-B可知：土壤有机质>40、30～40 、20～30和10～20 g/kg所占比例分别为26.32%、17.54%、28.07%、21.05%。根据表1土壤肥力状况分级标准，云南咖啡主栽区土壤有机质属于20～30 g/kg，为3级中等水平，基本满足咖啡的短期生长需求。但云南咖啡主栽区的土壤有机质含量差异较大，仍有8.07%地区的土壤有机质偏低，这些区域可通过绿肥、秸秆和禽畜粪便腐熟发酵还田、测土配方施肥和深耕深松等方式来增加土壤有机质和土壤氮素含量[13]。

2.1.3 土壤的速效养分含量

土壤速效養分包括碱解氮、速效磷和速效钾，是评价土壤养分供给情况的重要因子，其含量高低直接制约着咖啡的生长发育。

云南咖啡主栽区的土壤碱解氮含量为70.16～286.65 mg/kg，平均含量151.20 mg/kg，变异系数33%。由图2-C可知，>150 mg/kg的土样所占比例为47.37%；120.1～150、90.1～120和60.1～90 mg/kg所占比例分别为24.56%、19.30%和8.77%。根据土壤肥力分级标准，云南咖啡主栽区的土壤碱解氮属于>150 mg/kg，为1级很丰富水平。

磷是土壤有机质的重要组成元素，土壤速效磷的含量高低反映了土壤磷素的供应水平。由表3可知，云南咖啡主栽区的土壤速效磷含量为0.75～133.39 mg/kg，平均含量27.13 mg /kg，变异系数较大115.9%，为强变异性。根据分级标准，土壤速效磷>40 mg/kg的比例为22.81%，20～39 mg/kg占21.05%，10～19、5～9、3～4、<3 mg/kg所占比例分别为14.03%、19.30%、8.77%、14.04%。由图2-D可知，云南咖啡主栽区的土壤速效磷属于20～39 mg/kg，为2级丰富水平。土壤的当季供磷能力强，但不同地区间的土壤变异程度很大，分布也不均匀。土壤含水量的增加有助于累积磷素，而气温升高、流水侵蚀则制约着磷素的积累[14]。磷素缺乏的咖啡主栽区应适当多施磷肥并增加灌溉水量；磷素丰腴的地区，应适当少施磷肥并减少灌溉水量，避免磷素过量，从而抑制植物对氮、钾、锌、硅、钼的吸收，以免积累有害元素，使土壤酸化，引起咖啡早熟，籽粒小，产量低。

速效钾是衡量土壤当季供钾能力高低的重要指标。云南咖啡主栽区的土壤速效钾含量为24.32～271.90 mg/kg，平均含量125.83 mg/kg，变异系数53.16%。根据分级标准土壤速效钾100～149 mg/kg的比例为31.58%，其次>200、150～199、50～99、30～49 mg/kg所占比例分别为17.54%、14.04%、19.30%、14.04%，<30 mg/kg比例最小，为3.51%。由图2-E可知，云南咖啡主栽区的土壤速效钾属于100～149 mg/kg，为3级中等水平，土壤的当季供钾能力一般，基本能够供应咖啡当季对钾的需求量。但不同主栽区的速效钾含量变异程度较大，地区分布极不均匀。速效钾缺乏的咖啡主栽区，可适当施用钾肥，提高咖啡产量和品质；速效钾过量的地区，可适当减少施用钾肥，避免因钾素过量抑制植物对镁、钙的吸收，造成化肥浪费，从而增加生产成本，降低咖啡的产量和品质。

2.1.4 土壤的缓效钾含量

缓效钾是衡量土壤钾素供给潜力大小的重要指标。由表3可知，云南咖啡主栽区的土壤缓效钾含量为121.24～829.49 mg/kg，平均含量339.40 mg/kg，变异系数44.98%。根据土壤肥力的分级标准，土壤缓效钾>600 mg/kg所占比例为7.02%，500～600 mg/kg比例为5.26%，400～500、300～400、200～300、<200 mg/kg所占比例分别为15.79%、31.58%、15.79%、24.56%。由图2-F可知，云南咖啡主栽区的土壤缓效钾属于300～400 mg/kg，为4级缺乏水平。云南咖啡主栽区的土壤供钾能力小，供钾潜力不足。采用秸秆、咖啡落叶和果皮发酵还田[13]、农家腐熟肥等方式促进土壤钾素的循环利用，提高土壤的供钾潜力。

2.2 土壤的综合肥力评价

土壤的综合肥力系数是衡量土壤综合理化性状变化的重要指标，比单项肥力系数评价更客观地反映土壤的肥力水平高低。内梅罗综合肥力指数的变幅为0.91～1.53，平均1.15，为一般肥力水平。由图3可知，咖啡主栽区100%的土壤综合肥力系数处于0.9～1.8，为一般肥力。

3 讨论

采用内梅罗综合肥力系数对云南咖啡主栽区的土壤养分状况进行分析和初步评价，结果显示，土壤的综合肥力现状表现整体一般，有机质中等，碱解氮很丰富，速效磷丰富，速效钾中等，各咖啡主栽区的土壤肥力分布不均。

土壤弱酸性，pH值5.5～6.5最适宜咖啡的生长[12]。主栽区的pH值为4.67～8.11，平均值5.5，咖啡主栽区的土壤酸度过高，影响咖啡的生长发育。此研究结果与徐志等[15]的研究结果有一定差异，57个咖啡土样59.65%属于强酸性，强酸性或强碱性的土壤都不适合咖啡的生长发育，云南咖啡主栽区的土壤主要呈强酸性，可能是施用过量的有机肥、尿素等铵态氮肥和磷肥导致土壤酸化。根据当地土壤酸化的原因可通过施用酸性土壤改良剂、石灰等方式来改良土壤的理化状况，从而提高咖啡的土壤肥效[16]。

云南咖啡主栽区的土壤有机质为中等水平，平均含量29.96 g/kg，可采取有效措施适当增加有机质含量；碱解氮为很丰富水平，平均含量151.2 mg/kg，可少施氮肥，加之合理的耕作方式从而控制氮素流入地下水，造成水污染；速效磷为丰富水平，平均含量27.13 mg/kg；速效钾为中等水平，平均含量125.83 mg/kg，可能是因为耕作方式、肥料種类、土壤缓效钾的贮量和转化速率的影响；邓小华等[17]指出植烟土壤速效钾含量随海拔、pH值和有机质含量的升高而升高，咖啡主栽区的变化趋势是否一致，还有待进一步研究；缓效钾为缺乏水平，平均含量339.40 mg/kg，可能是由于该咖啡栽培区长年施用钾肥，但并未施用钾土，因此土壤的固钾能力才会下降。

本试验结果可得，土壤碱解氮、有机质、缓效钾和速效钾的变异系数小，整体含量比较稳定，然而，速效磷变异系数115.9%，变异的程度较大，估计与该地区施用过多的磷肥及其利用率低、有机肥的磷素增加有关，适当减少磷肥施用量可避免水体的富营养化、镉等重金属以及氟对自然和人类的危害。

施肥时勿单一增加磷、钾肥的施用量，而应该提高磷、钾肥的利用率。菌根能促进咖啡对磷的吸收，合理使用腐熟有机肥、生物有机肥和菌肥，可促进咖啡菌根的生长，少施、不施或者分次施用磷肥、多施有机肥，可有效地提高磷素利用率[18]。刘世亮等[19]提出，ABT生根粉能提高小麦的磷素利用率，但是否能提高咖啡的磷素利用率，还待进一步研究。通过增施追肥、叶面肥、以水促钾肥、增施有机肥或者增加硝态氮肥的施用量均可提高钾素的利用率。深施和集中施用钾肥并接近咖啡的密集根系20 cm处，可提高根际的钾浓度，同时增施硼肥也可有效提高钾肥利用率8%～15%[20]。

根据修正后的内梅罗（Nemero）综合肥力系数的初步评价结果可知，云南咖啡主栽区的土壤综合肥力为一般肥力水平，估计与之前的咖啡价格连续走高，咖啡农户为增加咖啡产量和收入而施用过量的氮磷钾肥和不断改进的耕作施肥水平息息相关。

试验选取了pH值、有机质、碱解氮、速效磷、速效钾和缓效钾对咖啡主栽区的土壤肥力现状进行分析和初步评价，但是影响土壤肥力的因素很多，土壤类型及其侵蚀程度、耕作方式、肥料种类和施用量、经纬度和海拔等因素是否影响咖啡的土壤肥力以及影响程度大小，还有待更深入的研究与讨论。

4 结论

根据内梅罗综合肥力系数的初评结果，云南咖啡主栽区的土壤综合肥力为一般肥力水平，客观真实地反映了咖啡主栽区的土壤肥力现状，可根据每个咖啡主栽区得出的肥力水平结果，因地制宜，采用科学合理的施肥方法来提高咖啡的产量和品质。

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