不同施肥量對小粒咖啡產(chǎn)量、品質(zhì)及經(jīng)濟(jì)效益的影響

董云萍， 龍宇宙*， 林興軍， 莫麗珍， 朱華康， 趙青云， 孫燕

（1.中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所，農(nóng)業(yè)農(nóng)村部香辛飲料作物遺傳資源利用重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南省熱帶香辛飲料作物遺傳改良與品質(zhì)調(diào)控重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，海南 萬寧 571533；2.云南農(nóng)業(yè)大學(xué)熱帶作物學(xué)院，云南 普洱 665099）

咖啡是熱帶和亞熱帶地區(qū)的重要經(jīng)濟(jì)作物。云南省小?？Х鹊姆N植面積達(dá)11.8萬hm2，年產(chǎn)量13.9萬t，產(chǎn)量和產(chǎn)值均占全國98%以上［1］?？Х葟拈_花到果實(shí)成熟需8～12個(gè)月，養(yǎng)分消耗量大。每生產(chǎn)1 t商品豆，咖啡果實(shí)消耗的N、P2O5、K2O、CaO和MgO的量分別是29.5、5.9、41.4、4.6和5.5 kg；而植株消耗的養(yǎng)分總量約為果實(shí)消耗養(yǎng)分量的4倍［2］。世界咖啡主產(chǎn)國如印度、巴西、肯尼亞、哥倫比亞、科特迪瓦、薩爾瓦多等均根據(jù)土壤和葉片診斷結(jié)果，結(jié)合產(chǎn)量、蔭蔽度、水分等提出了施肥推薦方案［3］。國內(nèi)僅對咖啡營養(yǎng)診斷葉片采樣時(shí)期和方法做了初步研究［4-5］，咖啡生產(chǎn)施肥較為粗放。云南咖啡種植區(qū)海拔多為1 000～1 500 m的山區(qū)，夏季咖啡生長快，強(qiáng)降雨天氣多，大多數(shù)農(nóng)戶采用雨季化肥撒施，易導(dǎo)致肥料淋失。在紅壤條件下，銨態(tài)氮、硝態(tài)氮和總氮淋失量均隨施肥量增加而升高，氮淋失率可高達(dá)36.8%～49.2%［6-8］。因此，研發(fā)經(jīng)濟(jì)有效的施肥方案以保障咖啡植株生長、產(chǎn)量和品質(zhì)對促進(jìn)咖啡產(chǎn)業(yè)的可持續(xù)發(fā)展具有積極作用。

國內(nèi)許多學(xué)者研究了不同氮、磷、鉀配比和施肥量對咖啡產(chǎn)量和經(jīng)濟(jì)效益的影響，提出咖啡園適宜的 N、P2O5、K2O施用量［9-11］。施肥對植株生長、咖啡果干物質(zhì)積累、光合效率及氮肥利用率均有影響［11-12］，但施肥對咖啡豆物理特性影響的研究尚未見報(bào)道。

本研究在充分調(diào)查多年來生產(chǎn)上常規(guī)施肥的基礎(chǔ)上，并參考前人研究經(jīng)驗(yàn)，設(shè)定5個(gè)施肥水平，研究了不同施肥量對小?？Х犬a(chǎn)量、品質(zhì)性狀及經(jīng)濟(jì)效益的影響，旨在兼顧環(huán)境效益和經(jīng)濟(jì)效益的條件下為咖啡生產(chǎn)合理施肥提供參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)地設(shè)在云南省普洱市思茅區(qū)白臘河咖啡種植專業(yè)合作社咖啡基地（N 22°34′、E 100°38′），海拔1 066 m。試驗(yàn)地土壤堿解氮107.25 mg·kg-1、速 效 磷 16.24 mg·kg-1、速 效 鉀 251.73 mg·kg-1，pH 4.9。

1.2 試驗(yàn)材料

供試咖啡品種為小粒種咖啡卡蒂姆（Catimor），樹齡4年，種植密度為2.0 m×1.0 m，約4 990株·hm-2。供試肥料為尿素（N，46%）、過磷酸鈣（P2O5，16%）和硫酸鉀（K2O，51%）。

1.3 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)時(shí)間為2018—2020年。設(shè)5個(gè)施肥水平，T1為常規(guī)施肥量的25%，T2為常規(guī)施肥量的50%，T3為常規(guī)施肥，T4為常規(guī)施肥量的150%，T5為常規(guī)施肥量的175%。各處理年施肥量詳見表1。過磷酸鈣于每年5月和10月分2次施，尿素和硫酸鉀于每年5月、8月和10月分3次施。每個(gè)處理1行，正常生長的咖啡植株20株，各處理采用隨機(jī)區(qū)組排列，3次重復(fù)。在試驗(yàn)過程中除草、修枝等管理措施均保持一致。

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

1.4 測定項(xiàng)目與方法

1.4.1 單株鮮果產(chǎn)量測定 每個(gè)小區(qū)選取長勢一致的植株5株掛牌，于果實(shí)成熟期分批采摘每一掛牌植株上的所有成熟果實(shí)，用電子秤稱重，記錄每次收獲的咖啡鮮果質(zhì)量，連續(xù)測定3年。

1.4.2 果實(shí)鮮干比測定、咖啡豆分級 于果實(shí)盛熟期，每小區(qū)收獲充分成熟的咖啡鮮果2 kg，及時(shí)脫去果皮、果膠并曬至水分含量12%左右，制成帶殼干豆，用小型脫殼機(jī)脫去種皮，制成咖啡商品豆，用電子秤稱量咖啡商品豆的質(zhì)量，計(jì)算果實(shí)鮮干比（咖啡商品豆的質(zhì)量與咖啡鮮果質(zhì)量的比值）。稱取每小區(qū)收獲的咖啡商品豆樣品300 g，準(zhǔn)備好7.0、6.5、6.0、5.0 mm篩子，篩子按孔徑從小到大套好，倒入樣品進(jìn)行篩分，把留在每一級篩子上的咖啡商品豆進(jìn)行稱重，分成不同粒度的咖啡商品豆分裝于自封袋中，計(jì)算每級咖啡商品豆質(zhì)量占總樣品的質(zhì)量百分比。

1.4.3 咖啡豆百粒重、密度測定 分別數(shù)取每小區(qū)過不同篩號的咖啡商品豆100粒，用電子秤稱量其質(zhì)量，記作百粒重（分別為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測定，在100 mL量筒中倒入清水，不超過最大量程的1/2，記錄水面體積（V0），取上述已知質(zhì)量的100?？Х榷怪鹨环湃肓客膊⑷拷]于水中，輕拍量筒外壁趕出氣泡，記錄水面體積（分別為V7.0、V6.5、V6.0、V5.0）。按式（1）和式（2）分別計(jì)算各處理按粒度分級后的咖啡豆加權(quán)百粒重和加權(quán)密度。

式中，M7.0、M6.5、M6.0、M5.0分別表示過 7.0、6.5、6.0、5.0 mm篩子的100粒商品豆質(zhì)量；M7.0%、M6.5%、M6.0%、M5.0%分別表示不同粒度級別的咖啡商品豆的質(zhì)量分?jǐn)?shù)；V7.0、V6.5、V6.0、V5.0分別表示各粒度的100粒商品豆投入量筒后水面體積。

1.4.4 投入成本和產(chǎn)出 計(jì)錄每次施肥試驗(yàn)投入的肥料和人工成本，由種植株行距計(jì)算每公頃種植株數(shù)，計(jì)算每公頃投入的成本。每公頃產(chǎn)量按3年平均單株鮮果產(chǎn)量和鮮干比折算。產(chǎn)出按每公斤咖啡商品豆16元計(jì)算。

1.5 統(tǒng)計(jì)分析

數(shù)據(jù)均采用SPSS軟件（SPSS 19.0）進(jìn)行ANOVA方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同施肥處理對咖啡單株鮮果產(chǎn)量的影響

對不同施肥處理下咖啡單株鮮果產(chǎn)量進(jìn)行比較，結(jié)果（表2）表明，2018年單株鮮果產(chǎn)量隨施肥量的增加而增加，T5處理顯著高于除T4外的其他處理；2019年T3和T4處理單株鮮果產(chǎn)量顯著高于T1和T2處理；2020年T4處理單株鮮果產(chǎn)量顯著高于其余處理；3年平均單株鮮果產(chǎn)量為2.69～4.81 kg，產(chǎn)量隨施肥量的增加先升高后降低，T4處理顯著高于除T5外的其他處理。對不同年份間各施肥單株鮮果產(chǎn)量進(jìn)行比較，2018年最高；2019年和2020年差異不顯著。由此表明，小粒咖啡產(chǎn)量存在大小年現(xiàn)象。

表2 不同施肥處理咖啡單株鮮果產(chǎn)量Table 2 Fresh fruit yield per plant under different fertilization treatments （kg·plant-1）

2.2 不同施肥處理對咖啡鮮干比、百粒重、密度的影響

對不同施肥處理下咖啡鮮干比、百粒重和密度進(jìn)行比較，結(jié)果（表3）表明，施肥對鮮干比和密度無顯著影響，但對百粒重影響顯著。3年平均鮮干比為14.32%～14.67%；除T5處理外，各處理2020年的鮮干比顯著低于2018和2019年。T5處理百粒重在2018年顯著高于其他處理，2019年顯著高于T2處理；而2020年各處理百粒重差異不顯著。3年平均百粒重為15.22～17.02 g，T5處理顯著高于除T4外的其他處理，可見，增加施肥量，百粒重增加。不同年份間百粒重?zé)o顯著差異。2018年，T4和T5處理咖啡豆密度顯著高于T3處理；2019年，T4處理咖啡豆密度顯著高于T1處理；2020年，不同處理間咖啡豆密度無顯著差異；3年平均咖啡豆密度1.07～1.14 g·cm-3，不同處理間差異不顯著。同一處理不同年份間咖啡豆密度存在顯著差異，2019年咖啡豆密度顯著小于2018和2020年。

表3 不同施肥處理咖啡鮮干比、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 不同施肥處理對咖啡豆粒度大小的影響

對不同處理咖啡豆粒度大小進(jìn)行比較，結(jié)果（表4）表明，2018年，在粒度＞7.0 mm級，T5處理顯著高于其余處理；在6.5～7.0 mm級，各處理間差異不顯著；在6.0～6.5 mm和5.0～6.0 mm級，T5處理顯著小于T2處理。2019年，各處理間均無顯著差異；2020年，在5.0～6.0 mm級，T5處理顯著小于T1處理。對3年試驗(yàn)進(jìn)行平均，粒度＞7 mm的咖啡豆占比為20.89%～32.64%，6.5～7.0 mm咖啡豆占比為27.22%～31.91%，6.0～6.5 mm咖啡豆占比為23.96%～29.79%，5.0～6.0 mm咖啡豆占比為12.56%～19.51%，各處理間差異不顯著。綜上可知，大顆?？Х榷拐急入S施肥量的增加而增加，小顆?？Х榷拐急入S施肥量的增加而減少，即增加施肥量提高了咖啡豆的粒度。

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

同一處理不同年份間進(jìn)行比較，除T4和T5處理外，2019年＞7 mm的咖啡豆占比顯著高于2018和2020年；除T2和T5處理外，2018年6.5～7.0 mm咖啡豆占比顯著高于2020年；除T3和T5處理外，2018年6.0～6.5 mm咖啡豆占比顯著高于2019和2020年；2020年5.0～6.0 mm咖啡豆占比顯著高于2018和2019年。由此表明，咖啡豆粒度在年際間存在差異，由大到小依次為2019年＞2018年＞2020年。

2.4 不同施肥處理經(jīng)濟(jì)效益分析

對不同處理的經(jīng)濟(jì)效益進(jìn)行比較，結(jié)果（表5）表明，隨施肥量的增加，投入的肥料和人工成本增加；產(chǎn)出先增加后減少。T1處理的產(chǎn)投比最高，T2處理的利潤最高，而T5處理投入的肥料和人工成本總和大于產(chǎn)出，為施肥負(fù)效應(yīng)。

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

3 討論

3.1 肥料減施或增施過量則產(chǎn)量下降

合理施肥有助于產(chǎn)量提高［3，8，13］。當(dāng)施肥量達(dá)到或超過合理施肥量的上限值，產(chǎn)量隨施肥量的增加而減少［3］。Bruno 等［14］提出施肥量為200 kg·hm-2時(shí)氮肥利用率最高。本研究結(jié)果N和K2O最佳施肥量與前人研究結(jié)果［14］相一致，但P2O5施用量低于前人研究結(jié)果［3，9-10］?？Х葟耐寥牢盏牧自剌^少［2］，缺N對小?？Х犬a(chǎn)量影響較大，其次為K，而P對產(chǎn)量影響較小［9］。普洱咖啡產(chǎn)區(qū)土壤綜合肥力處于適宜范圍［15］，磷肥施入土壤不容易揮發(fā)和淋失，因此較少的磷肥施用量對咖啡產(chǎn)量無顯著影響。在常規(guī)施肥量基礎(chǔ)上減量50%，其3年平均單株鮮果產(chǎn)量與常規(guī)施肥處理無顯著差異；當(dāng)減量75%時(shí)，其3年平均單株鮮果產(chǎn)量顯著低于常規(guī)施肥處理。由此可見，在一定范圍內(nèi)肥料減施對產(chǎn)量無顯著影響，減施過量則產(chǎn)量顯著減少，與前人研究結(jié)果［16-17］一致。

咖啡當(dāng)年產(chǎn)量與上一年產(chǎn)量呈顯著負(fù)相關(guān)，這種由生理或遺傳因子造成的現(xiàn)象在國外很多咖啡種植區(qū)均有報(bào)道［18］。本研究中試驗(yàn)材料2018年觀測的樹齡為4年，剛進(jìn)入盛產(chǎn)期，且該年也是咖啡結(jié)果大年，因此，2018年咖啡產(chǎn)量顯著高于2019年。按常規(guī)大小年規(guī)律推斷，2020年產(chǎn)量應(yīng)高于2019年，但試驗(yàn)結(jié)果顯示2020年產(chǎn)量也較低，可能是由于2020年1—6月，咖啡開花和幼果發(fā)育期，試驗(yàn)點(diǎn)長達(dá)6個(gè)月未下雨，干旱影響了開花、坐果和幼果的發(fā)育［19］，導(dǎo)致產(chǎn)量較低。

3.2 減量施肥不影響咖啡豆鮮干比和密度，增量施肥百粒重增加

咖啡果實(shí)膨大期形成了包裹咖啡豆的最大體積腔，果實(shí)發(fā)育后期咖啡豆體積無顯著變化?？Х确N子中胚乳是強(qiáng)勢的庫，在胚乳充實(shí)階段，若植株載果負(fù)荷過大，養(yǎng)分不足，果實(shí)可吸收植株所有葉片營養(yǎng)，顯著降低營養(yǎng)器官的生長，甚至耗盡儲存在莖稈中的碳水化合物供果實(shí)發(fā)育，以確保不產(chǎn)生空癟種子［19］。因此，咖啡減量施肥與常規(guī)施肥相比，鮮干比、密度無顯著差異。各處理咖啡豆粒徑經(jīng)篩分后，主要分布在6.0～7.0 mm范圍。隨施肥量的增加，咖啡豆的百粒重增加，豆粒粒徑有增大的趨勢。咖啡豆密度反映咖啡豆的緊實(shí)程度，在2018和2019年，不同施肥處理間存在一定差異，但3年平均后各處理間咖啡豆密度無顯著差異，說明施肥量對密度無顯著影響。2019年咖啡豆粒度最大，2020年最小。密度與咖啡豆粒度間呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，因此，2019年咖啡豆密度顯著小于2018和2020年?？Х榷沽６却蟊砻鞴麑?shí)生長速度快，組織結(jié)構(gòu)松散；而果實(shí)生長慢則形成小顆粒果實(shí)，組織結(jié)構(gòu)緊密。2018和2019年咖啡豆鮮干比和粒度均大于2020年，由此表明，果實(shí)膨大期的降水量對咖啡豆大小起關(guān)鍵作用［19］。2020年1—6月天氣干旱，嚴(yán)重影響咖啡果實(shí)的發(fā)育，使得咖啡鮮果空癟率增加，出豆率降低，鮮干比較低，咖啡豆顆粒小。由此可見，咖啡果實(shí)鮮干比及咖啡豆粒度和密度與咖啡果實(shí)發(fā)育期間的降雨量密切相關(guān)［19-21］。

3.3 減量50%的施肥處理產(chǎn)投比和利潤較高

本研究表明，減量施肥能夠提高產(chǎn)投比和純利潤，其中減量75%時(shí)，產(chǎn)投比最高，但過低的施肥量會造成咖啡植株過量負(fù)載、葉果比失衡、枯枝增多，長期養(yǎng)分不足還會導(dǎo)致植株死亡；減量50%可獲得較高產(chǎn)投比，且利潤最高，既降低了肥料和人工成本，又不影響咖啡豆品質(zhì)，是經(jīng)濟(jì)有效的施肥方案。增量施肥處理的產(chǎn)投比和純利潤較低，特別是T5處理，利潤為負(fù)值，這種無效的施肥方案，即浪費(fèi)了肥料，增加了成本，還會導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降和環(huán)境污染等風(fēng)險(xiǎn)。因此，即使在咖啡市場價(jià)格較高時(shí)，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%。由此可見，人工成本占比較大，建議改變施肥方式，如采用機(jī)械施肥或施用控釋肥以減少施肥次數(shù)、降低人工成本，可能會成為提高咖啡生產(chǎn)經(jīng)濟(jì)效益的有效措施。