土壤因子与小粒咖啡品质产量形成关系研究.docx

    土壤因子与小粒咖啡品质产量形成关系研究    赵明珠 郭铁英 马关润 萧自位 白学慧 周华 苏琳琳摘  要：土壤因子是影響小粒咖啡品质产量的主要因子本研究通过对土壤因子进行相关性分析、改进的灰色关联分析、通径分析及多元线性回归分析，明确影响小粒咖啡品质和产量的主要因子，以指导科学施肥结果表明：小粒咖啡咖啡因含量的土壤决定因子为海拔（-0.296*），总糖含量的土壤决定因子为有机质（0.607**）和速效磷（-0.232*），蛋白质的土壤决定因子为pH（-0.387**）和有机质（0.227*），灰分含量的土壤决定因子为速效磷（0.334**），水溶性浸出物含量的土壤决定因子为海拔（-0.494**），脂肪含量的土壤决定因子为碱解氮（-0.461**），产量的土壤决定因子为速效钾（0.339**）和有机质（0.248*）研究结果可为小粒咖啡优质高产的土壤条件筛选和肥料的减施增效提供一定的理论基础，以期增强优质咖啡种质的适宜性和目的性Key：土壤因子;小粒咖啡;相关分析;改进的灰色关联分析;通径分析;回归分析;品质;产量：S571.2      ：ARelationship Between Soil Factors， Quality and Yield Formation inCoffea arabicaZHAO Mingzhu， GUO Tieying， MA Guanrun， XIAO Ziwei， BAI Xuehui， ZHOU Hua， SU Linlin*Dehong Tropical Agriculture Research Institute of Yunnan， Ruili， Yunnan 678600， ChinaAbstract： Soil factors play important roles in affecting the quality and yield ofCoffea arabica. The purpose of the study was to provide an academic evidence for guiding the scientific fertilization， good quality and high yield， and identifying the primary indexes of quality， yield by investigation the variation of soil factors ofC. arabica. The correlation， improved grey relational analysis， path analysis， and multiple linear regression analysis were conducted to identify the primary indexes ofC. arabicaquality and yield. The results showed that altitude was a key soil determinant of caffeine inC. arabica （-0.296*）， the prime determinant factors of total sugar content were soil organic matter （OM） （0.607**） and available phosphorus （AP） （0.232*）， that for crude protein content were soil pH （-0.387**） and OM （0.227*）， that for crude ash content was AP （0.334**）， that for water-soluble extracts content was altitude （-0.494**）， that for fat content was alkalystic nitrogen （AN） （-0.461**）， and that for the yield ofC. arabicawere available potassium （AK） （0.339**） and OM （0.248*）. The results would be useful to guiding the screening of soil conditions， reducing the amounts of fertilizer and increasing the fertilizer-use efficiency in order to enhance the suitability and purpose of the excellent germplasm in C. arabica.Keywords： soil factors;Coffea arabica; correlation analysis; improved grey relational analysis; path analysis; regression analysis; quality; yieldDOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.06.001咖啡是世界3大饮料作物之首，具有可观的经济价值和药用升值前景。

我国主要栽培品种为小粒种（Coffea arabica L.），其面积和产量分别占世界咖啡总面积和总产量的80%和82%以上云南小粒咖啡的种植面积和产量均占全国的99%以上土壤因子决定了作物生长发育的优劣，直接影响到作物的产量和品质前人研究中指出：在黑土农田极端侵蚀的环境下，土壤质量与玉米产量呈显著相关关系[1]随着海拔的升高，作物产量逐渐下降[2]但也有研究持相反结果，高海拔环境显著提高作物的产量和品质[3]作物产量因土壤pH下降而下降[4]，海拔高度和经度、土壤有机碳、含氮量和钾含量均对水稻产量有显著影响[5]玉米产量与土壤全氮、速效磷、速效钾含量均呈极显著正相关，但大豆产量与土壤理化性质无显著关系[6]，适宜的钾素促进苦荞产量的形成[7]适中的氮含量可有效增加中粒种的产量49.13%[8]综上所述，不同作物，不同土壤背景值对产量的影响不一目前我国对影响咖啡品质和产量的土壤因子的研究鲜见报道，而咖啡作为国家重视的高原特色经济作物，本研究具有积极推动作用通过对小粒咖啡主产区的土壤因子、咖啡豆品质和产量数据进行统计分析，明确土壤因子对小粒咖啡品质及产量形成的贡献大小，为小粒咖啡的合理高效施肥技术和肥料的减施增效标准进行推广提供一定的理论依据。

1  材料与方法1.1 材料土壤样品采集的方法参照测土配方施肥技术[9]，根据普洱、临沧、德宏、保山、文山和怒江6个州（县）咖啡的种植条件、分布范围选择具有区域代表性的采样点，采用“梅花形”采样法，每个点采集3份土样（0～20 cm）混合为1份，共采集65份土壤及咖啡产量数据，具体的采样点数据如表1所示1.2  方法土壤样品的测定内容：土壤pH（X2）、有机质（X3， g/kg）、碱解氮（X4， mg/kg）、有效磷（X5， mg/kg）和速效钾（X6， mg/kg）含量，同期测定小粒咖啡的产量（Y， kg/hm2），并记录采样地的海拔（X1， m）高度土壤pH测定：2.5∶1水土比，pH计;土壤有机质的测定：重铬酸钾容量法—外加热法;土壤碱解氮的测定：1.0 mol/L NaOH碱解氮扩散法;土壤速效磷的测定：0.03 mol/L NH4F- 0.025 mol/L HCl浸提—比色法;土壤速效钾的测定：1.0 mol/L NH4OAc浸提—火焰光度法[10]咖啡豆内含物测定内容：咖啡因（Z1， mg/kg）、总糖（Z2， %）、蛋白质（Z3， %）、灰分（Z4， %）、水溶性浸出物（Z5， %）和脂肪（Z6， %）。

咖啡因的测定参照《食品安全国家标准 饮料中咖啡因的测定》（GB 5009.139—2014）;总糖的测定参照《食品中蔗糖的测定》（GB/T 5009.8—2008）;蛋白质的测定参照《食品安全国家标准 食品中蛋白质的测定》（GB 5009.5—2016）;灰分的测定参照《食品安全国家标准 食品中灰分的测定》（GB/T 5009.4—2016）;水浸出物的测定参照《茶 水浸出物测定》（GB/T 8305—2013）;脂肪的测定参照《食品中脂肪的测定》（GB/T 5009.6—2016）各土壤指标间也存在着一定的相关关系，仅依据各土壤指标间的简单相关系数判定对咖啡产量和品质的影响力，极易隐藏各指标间的相互作用，也不能从根本上反应其内在联系的规律性借此引入改进的灰色关联分析，采用多层次、多因素的评价指标体系反映各土壤因子与咖啡产量和品质间的实际特性，再采用组合赋权将主观评价层次分析法（AHP）和客观评价熵值法相结合，最后基于灰色关联分析，结合AHP和熵值法，建立改进的灰色关联综合评价模型[11]为弥补改进的灰色关联系数不能表明土壤因子对咖啡品质和产量的正负作用，引入通径系数，再结合回归分析，建立各土壤因子与咖啡品质和产量的回归模型，进行定量分析。

4种分析方法相结合，层层深入与强化，定量客观真实地反映其内在关系的规律性1.3數据处理采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理，SPSS数据处理系统进行统计分析[12]2  结果与分析2.1  土壤因子、产量和品质的变异特征由表2可知，小粒咖啡的土壤指标变异较大，其中以土壤有效磷含量的变异系数较大，达96.54%，属于较强变异土壤有机质、碱解氮和速效钾含量的变异程度属于中等变异变异度较小的为土壤pH（11.74%）和海拔（15.13%）;咖啡鲜果产量变异系数20.81%，中等变异;品质指标变异系数4.06%～13.62%，较小变异其表明在小粒咖啡的生长过程中，磷素残留较多，有机肥、氮钾素较少的现象显著，人为因素对小粒咖啡产量的形成具有较大影响，品质相对稳定变异程2.2土壤因子、产量及品质的相关性分析由表3可知，咖啡因与海拔呈显著负相关关系，系数为-0.296*总糖与有机质含量呈极显著正相关关系（0.587**）蛋白质与土壤pH呈极显著负相关关系（-0.408**），与有机质含量呈显著正相关关系（0.263*）灰分与有效磷含量呈极显著正相关关系（0.334**），与海拔呈显著负相关关系（-0.285*）。

咖啡豆的水溶性浸出物与海拔呈极显著负相关关系（-0.494**）咖啡豆的脂肪含量与碱解氮含量呈极显著负相关关系（-0.461**），与土壤pH呈显著正相关关系（0.296*）土壤的速效钾和有机质含量与咖啡产量呈极显著和显著正相关关系，系数分别为0.360**和0.277*表明低海拔利于咖啡因的合成有机质丰富的土壤促进咖啡总糖的累积酸性和氮素有效成分高的土壤利于咖啡蛋白质的累积低海拔、磷有效成分高的土壤促进咖啡豆灰分的形成低海拔利于咖啡豆水溶性浸出物的积累碱性、低有效氮的土壤促进咖啡豆脂肪的合成土壤的速效钾和有机质含量是小粒咖啡形成高产的关键因子2.3 土壤因子与小粒咖啡产量及品质的改进灰色关联分析由图1可知，傳统的灰色关联法与改进的灰色关联度结果有误差，因为传统的方法未考虑各指标权重对关联度的影响，结果不具保序性，而改进的灰色关联度将AHP的主观赋权、熵值法的客观赋权和灰色关联度相结合，综合评价更科学和全面土壤对小粒咖啡品质和产量的综合评价结果显示：Z1：X5>X1>X6>X2>X3>X4，Z2：X3>X6>X2>X5>X4>X1，Z3：X5>X2>X4>X3>X1>X6，Z4：X5>X1>X4>X2>。