By EMMA SAGE, Coffee Science Manager at the SCA.
What Plants Need
Zdrowa, „szczęśliwa” roślina kawy to taka, która jest w stanie wyprodukować największą liczbę wysokiej jakości nasion. Istnieją trzy główne czynniki wpływające na „szczęście” rośliny: genetyka, środowisko i stosowane zarządzanie rolnictwem. Ponieważ nie istnieje dokładna formuła produkcji nagradzanej kawy, rolnicy starają się zaspokoić wszystkie podstawowe potrzeby roślin, aby mogły się one rozwijać. Istnieją wspólne dla wszystkich roślin biologiczne potrzeby, dzięki którym jest to możliwe. Są to: słońce, woda, gleba i powietrze. Te cztery elementy razem zapewniają roślinie energię i składniki odżywcze niezbędne do podtrzymania życia. Oczywiście, różne rośliny przystosowały się do różnych specyficznych warunków, w zależności od ich historii i środowiska. Jednak wszystkie rośliny akcji tych czynników zewnętrznych, które pozwalają na wzrost i reprodukcję-jedyne metryki sukcesu roślina ma.
Rośliny żyją w ekosystemach. To nie ma znaczenia, czy ekosystem jest naturalne lub rolnicze jeden. Tak czy inaczej, rośliny współdziałają z otoczeniem zewnętrznym i są zależne od gleby, pogody, mikroorganizmów, temperatury, wilgotności i niezliczonych innych wpływów. Chociaż rolnik może wybrać rośliny w oparciu o to, co wiadomo o ich genetyce, jedynym czynnikiem, który może być aktywnie kontrolowany każdego roku po posadzeniu, jest zarządzanie rolnictwem na plantacji.
Poniższe informacje stanowią wprowadzenie do biologii roślin i zarządzania rolnictwem na farmie kawy. Nie jest to próba nakreślenia trudnych i ryzykownych sytuacji, z którymi ma do czynienia większość producentów kawy. Ma na celu przedstawienie podstawowych czynników biologicznych, aby pomóc nie-agronom zrozumieć niektóre z naukowych zawiłości, które są niezbędne do utrzymania zdrowej, wydajnej i wysokiej jakości plantacji kawy.
Niezbędne do życia
Należy pamiętać, że zawsze, gdy bierzemy „naturalną” roślinę z lasu i wykorzystujemy ją do celów rolniczych, tak jak w przypadku kawy, jej potrzeby ulegają zmianie. Rolnictwo to nie natura. Coffea arabica jest być może jednym z najbardziej upartych i wrażliwych towarów rolnych. Ponieważ jest endemiczna dla bardzo specyficznego regionu (wyżyny Etiopii i Sudanu Południowego), gdzie narodziła się w niezwykłych okolicznościach genetycznych, ma niski poziom różnorodności genetycznej, dzięki której może stawić czoła wyzwaniom (Lashermes, Combes, Robert, Trouslot, D’Hont, Anthony, et al., 1999). Ponadto, dopiero niedawno (w czasie ewolucji) została rozpowszechniona na całym świecie, co oznacza, że nie miała czasu na ewolucję do nowych klimatów i warunków. Krzewy kawy C. arabica w Indonezji, Brazylii czy na Jamajce nadal rosną najlepiej w idealnych warunkach, które jej przodkowie pokochali w zacienionym podszyciu lasów tropikalnych we wschodniej Afryce. Jest to jeden z powodów, dlaczego tak trudno jest uczynić rośliny C. arabica szczęśliwy, i dlaczego to nadal wyzwanie dla rolników na całym świecie równikowym.
Aby funkcjonować, rośliny „wdychają” i „wydychają” elementy składowe życia. Wdech” nazywa się fotosyntezą, a „wydech” oddychaniem; oba zależą od wody, energii słonecznej i składników odżywczych. Rośliny biorą w składniki odżywcze i wodę z gleby przez ich roots.
Zawsze jest jeden główny czynnik ograniczający wzrost i reprodukcję roślin (Larcher, 2003). To może brzmieć źle, ale w rzeczywistości jest to dla najlepszych, bo nie chcemy gigantyczne rośliny przejmują świat i burzy drapacze chmur w King-Kong-esque dramatyczny impuls wzrostu. Zazwyczaj, węgiel (C), woda (H2O) lub azot (N) będzie głównym czynnikiem ograniczającym. W świecie rolnictwa często są to makroelementy, takie jak azot (N), potas (K+) i fosfor (P). Z tego powodu rolnicy często muszą nawadniać uprawy lub stosować nawozy. W dzisiejszych czasach rośliny wieloletnie i dziko rosnące nie są często ograniczane przez węgiel, ponieważ w atmosferze jest go pod dostatkiem. Jednak w przypadku upraw jednorocznych (takich jak kukurydza, soja i pszenica), węgiel może stać się ograniczeniem, a dodanie torfu lub kompostów na bazie węgla może pomóc złagodzić ten deficyt. Jeśli umieścisz roślinę cienistą na słońcu, będzie ona potrzebowała więcej składników odżywczych, aby utrzymać poziom wzrostu i produkcji, który nastąpi. Jeśli dodamy azotu, roślina będzie potrzebowała więcej fosforu, potasu i wapnia, aby prawidłowo funkcjonować. Jeśli dodacie więcej składników odżywczych, roślina będzie potrzebowała więcej wody. Rozumiecie Państwo, o co chodzi. W ten sposób, z fizjologicznego punktu widzenia, roślina zawsze stara się zrównoważyć dostępne zasoby i przydzielić je do konkretnych zadań związanych z podtrzymaniem życia. Co ludzie robią, aby rośliny kawy C. arabica były biologicznie szczęśliwe? Mnóstwo!
Odpowiednie warunki uprawy: Wybór miejsca uprawy
Lokalizacja jest kluczem do uprawy C. arabica. Wybór miejsca uprawy jest jednym z najważniejszych wyborów, jakie rolnik może podjąć, aby zapewnić sobie sukces. Jednak nie wszyscy rolnicy mają możliwość wyboru miejsca uprawy; mogą po prostu posiadać kawałek ziemi w pobliżu znanego obszaru uprawy kawy. Nachylenie i ukształtowanie terenu, topografia, temperatura, przebieg pogody, opady deszczu, zmiany sezonowe i struktura gleby to czynniki, które niełatwo zmienić (chyba, że zbuduje się gigantyczną szklarnię wokół roślin kawy, co nie wydaje się wykonalne). Stan gleby i historia ziemi mogą również wpłynąć na potencjał danego miejsca. Praktyczne i logistyczne względy muszą być brane pod uwagę w świetle lokalnych technik zbioru, nawadniania, przycinania i innych praktyk zarządzania.
Zmiany sezonowe (lub ich brak, w regionach równikowych) wyznaczają roczny cykl owocowania rośliny. W obszarach upraw takich jak Etiopia, Hawaje, Ameryka Środkowa i południowa Brazylia, pory roku generalnie skutkują jednym cyklem wzrostu owoców. Na tych obszarach kwiaty są inicjowane w okresach powolnego wzrostu (zima), a kwitnienie i wzrost nowych pędów następuje w czasie deszczu lub czasami zimna (wiosna). Specyficzny zakres temperatur na potencjalnej plantacji jest kluczowy, ponieważ C. arabica preferuje temperaturę od 15-24°C i jest bardzo wrażliwa na zimno i mróz, przy czym ten ostatni niszczy zarówno liście, jak i owoce.
Dostateczna ilość wody: Transpiracja, nawadnianie i/lub zarządzanie glebą
Utworzenie odpowiedniej sytuacji wodnej jest kluczem do utrzymania szczęśliwej plantacji roślin C. arabica. Wielu plantatorów kawy polega na opadach deszczu jako jedynym źródle wody. Rzadziej stosuje się systemy nawadniające, aby utrzymać bardzo produktywne warunki uprawy w pełnym słońcu. W takich przypadkach, powszechnie występujących w Brazylii i Wietnamie, gdzie wzrost, a co za tym idzie zapotrzebowanie na wodę, są bardzo wysokie, zautomatyzowane systemy pomogły w ekspansji produkcji kawy (Snoeck & Lambot, 2009). W innych przypadkach nawadnianie może być zarządzane tak, aby ułatwić kwitnienie (Willson, 1999). Równowaga wodna plantacji kawy jest idealnie utrzymywana poprzez wybór gleby i miejsca. Jeśli na początku jest ona odpowiednia, rolnik jest o wiele mniej prawdopodobne, że będzie potrzebował nawadniania lub dodatków do gleby w celu zapewnienia właściwego drenażu. Kawa, podobnie jak wszystkie rośliny, potrzebuje minimalnej ilości wody, aby zachować zdrowie (tzn. nie zwiędnąć) i funkcjonować. Dzieje się tak, ponieważ składniki odżywcze i minerały są wchłaniane przez rośliny drogą kapilarną, od korzeni aż do najwyższych pędów. Jednak zbyt duża ilość wody w glebie może być szkodliwa. Korzenie potrzebują tlenu, aby przetrwać i funkcjonować, a płytkie korzenie sprawiają, że erozja jest przedmiotem troski w niektórych regionach uprawy kawy, które doświadczają okresów silnych opadów (Clifford & Willson, 1985; Snoeck & Lambot, 2009).
Parowanie i transpiracja są dotknięte przez wiele rzeczy w ekosystemie, w tym stan wody w glebie; wilgotność względna; oraz ilość słońca, wiatru i pokrycie drzew. Pokrywa chmur może również wpływać na ilość transpiracji, która występuje, a zatem ilość wody, która jest tracona. Ewapotranspiracja jest terminem używanym do opisania procesu utraty wody przez rośliny (Larcher, 2003). Rośliny C. arabica są wiecznie zielone, a zatem tracą wodę przez cały rok (Clifford & Willson, 1985). Tekstura gleby może mieć wpływ na bilans wodny rośliny. W rzeczywistości, gleba może albo naturalnie zatrzymywać wodę lub odprowadzać ją, w zależności od jej przestrzeni porowej (Hillel, 2004; Snoeck & Lambot, 2009). Aby pobrać wodę z gleby, rośliny wywierają zapotrzebowanie na parowanie, które powstaje w wyniku różnicy ciśnień między powietrzem, rośliną i glebą. Tekstura gleby wpływa także na zdolność roślin C. arabica do przetrwania suchych pór roku, ponieważ woda zgromadzona głęboko w glebie jest wykorzystywana w okresach niskich opadów (Clifford & Willson, 1985).
Odpowiednie nasłonecznienie: Shade Management
Fotosynteza wymaga energii ze słońca, aby przekształcić CO2 z powietrza w cukry, które są pokarmem roślin (Raven, Evert, & Eichhorn, 1999). Jednakże, intensywność światła słonecznego jest ważna dla roślin C. arabica i trudna do naturalnego regulowania. Ponieważ C. arabica wyewoluowała jako roślina podszycia, może wykorzystywać tylko ograniczoną ilość słońca. W rzeczywistości, zbyt dużo słońca może z czasem uszkodzić tkanki fotosyntetyczne, ostatecznie prowadząc do zmniejszenia wzrostu i produkcji (Clifford & Willson, 1985). Młode rośliny, podobnie jak ludzkie niemowlęta, są szczególnie wrażliwe, dlatego też często widuje się siewki kawy pod osłoną. Wysokie temperatury związane z silnym nasłonecznieniem mogą również spowolnić fotosyntezę, powodując zamknięcie porów rośliny (zwanych stomata) (Larcher, 2003).
Wielu rolników próbuje regulować nasłonecznienie poprzez system drzew cieniujących. Są to jednak kompromisy, ponieważ dodatkowe rośliny oznaczają więcej pracy! Nie ma uniwersalnych wytycznych dotyczących zarządzania drzewami cieniującymi, ponieważ zależy to od warunków lokalnych i mikroklimatu plantacji (Muschler, 2009). Przy strategicznym planowaniu drzewa cieniste mogą być korzystne w inny sposób, np. jako źródło pożywienia dla ludzi (drzewa bananowe lub awokado) lub roślin (drzewa, które dodają więcej azotu do gleby) (Snoeck & Vaast, 2009). Drzewa mogą być również sadzone w taki sposób, aby służyły jako wiatrochrony dla plantacji. Cień może być wykorzystany do oszczędzania wody, obniżenia temperatury w gorących regionach i ochrony przed mrozem (Muschler, 2009; Snoeck & Lambot, 2009). Częste zachmurzenie, często występujące na dużych wysokościach, może działać podobnie, zmniejszając ilość światła docierającego do liści, czasami obniżając temperaturę do punktu, w którym następuje redukcja fotosyntezy. Podobnie jak w przypadku całej gospodarki rolnej, równowaga między cieniem a słońcem jest dla plantatorów kawy ciągłym procesem oceny i dostosowania.
Odpowiednie składniki odżywcze: Zarządzanie glebą
Składniki odżywcze poza tym, co roślina dostaje z powietrza i wody (węgiel, tlen i wodór) są uzyskiwane przez glebę. Korzenie działają jak małe próżni wody i składników odżywczych, tak, że rośliny pozostają dobrze nawodniony i zdrowe w tym samym czasie (Raven, Evert, & Eichhorn, 1999). Gleba i jej składniki odżywcze mogą być specyficzne dla danego regionu, różnią się w zależności od lokalnej geologii i materiału macierzystego. Tak więc, w zależności od tego, w którym miejscu na świecie znajduje się plantacja, zarządzanie glebą jest różne. W rzeczywistości, może to być specyficzna dla mikroregionu, bardzo precyzyjna nauka, a niektórzy agronomowie zalecają analizę gleby i tkanek dolistnych kilka razy w roku, aby zapewnić dokładne zarządzanie składnikami odżywczymi.
Atrogen jest jednym z najważniejszych makroelementów, ponieważ jest wykorzystywany do podstawowych funkcji, takich jak fotosynteza i produkcja nowych tkanek, a także innych kluczowych procesów (Carelli, Fahl, & Ramalho, 2006; Clifford & Willson, 1985). Niedobory azotu powszechnie występują na niezacienionych i wysokoprodukcyjnych plantacjach C. arabica, ze względu na wymagania stawiane tkankom fotosyntetycznym. Zdrowa ilość azotu w roślinie skutkuje zdrowymi, ciemnozielonymi liśćmi. Niedobór może objawiać się bladnięciem lub żółknięciem liści (tzw. chloroza). Z drugiej strony, możliwe jest przenawożenie azotem, co może mieć różne konsekwencje w kawie, takie jak wyższa zawartość kofeiny (Snoeck & Lambot, 2009). Istnieją różne formy azotu, które mogą być stosowane w glebie, ale każdy rolnik i agronom musi podjąć świadomą decyzję, która jest najlepsza dla danego miejsca i sytuacji.
Po azocie, potas i fosfor są najbardziej krytycznymi makroelementami dla podstawowych funkcji biologicznych roślin (Larcher, 2003). Potas jest ważny dla fizjologicznego rozwoju owoców, a fosfor jest niezbędny dla rozwoju korzeni, drewna i pąków. Większość dostępnych w handlu nawozów dąży do osiągnięcia określonej równowagi N:P:K. Niedobór potasu może powodować powstawanie brązowych plam, szczególnie na starszych liściach (Snoeck & Lambot, 2009). Niedobór fosforu może wystąpić po tym, jak kawowiec wyda obfite plony lub cierpi na niedobór wody i może objawiać się chlorozą liści lub niebiesko-zielonym odcieniem liści (Rothfos, 1980).
Mikroelementy, takie jak cynk, magnez, bor, żelazo i miedź, odgrywają niewielkie, ale ważne role w utrzymaniu prawidłowego funkcjonowania roślin. Deficyty tych pierwiastków mogą powodować różne objawy fizyczne u C. arabica. W celu dostarczenia składników odżywczych bezpośrednio do liści można również stosować dolistne opryski odżywcze, ale jest to pracochłonne. Praktyka ta nie jest powszechna we wszystkich regionach uprawy kawy, ale może być szczególnie korzystna w sytuacjach szczególnych niedoborów składników odżywczych.
Należy również wziąć pod uwagę pH gleby, które wynika z geologii podłoża. Znacząca zmiana długoterminowego pH gleby może być pracochłonna lub nawet niemożliwa, a niektóre obszary muszą być zarządzane corocznie (Snoeck & Vaast, 2009). W wielu tropikalnych lub półtropikalnych regionach świata, gdzie uprawia się kawę, gleba jest lekko kwaśna, co sprzyja uprawie kawy (Wellman, 1961). Jednak wiadomo, że C. arabica rośnie w różnych warunkach kwasowości gleby, od kwaśnych do obojętnych (pH ~4-7) (Rothfos, 1980). pH może również wpływać na zdolność gleby do „wypuszczania” składników pokarmowych i pozwalania roślinom na ich pobieranie. Zależy to również od struktury gleby i zawartości materii organicznej (Larcher, 2003; Snoeck & Lambot, 2009).
Ochrona wierzchniej warstwy gleby (gdzie żyje większość korzeni C. arabica) i wszystkich składników odżywczych, które ona zawiera, w tym tych, za których dodanie płacą rolnicy, jest bardzo ważnym aspektem w zarządzaniu plantacją kawy. Erozja fizyczna może stanowić zagrożenie dla drzew kawowych, większego ekosystemu i pracowników farmy. Podatność terenu na erozję i spływy może wpływać na odzyskiwanie (lub rzeczywiste wykorzystanie) składników odżywczych dodawanych w formie drogiego kompostu i nawozu. Przyczynia się do tego materia organiczna, skład gleby (muł, piasek i glina) oraz poziom zagęszczenia (Snoeck & Vaast, 2009). Jednak często za erozję gleby odpowiedzialne są niezmienne czynniki fizyczno-terenowe, takie jak nachylenie terenu, kąt nachylenia, opady deszczu oraz nieprzewidywalne zdarzenia. Rolnicy mogą stosować wiele metod, aby zachować glebę i walczyć z utratą składników odżywczych i erozją, ale jest to odwieczne wyzwanie.
Odpowiednia stymulacja: Rozstawa i przycinanie
Zapewnienie, że plantacja kawy będzie zdrowa i produktywna przez jak najdłuższy czas wymaga aktywnego zarządzania, począwszy od gęstości sadzenia, czyli rozstawy roślin. Istotne jest, aby zapewnić każdemu drzewku wystarczająco dużo miejsca, aby zaspokoić jego potrzeby, jednocześnie biorąc pod uwagę wydajność z hektara. W zależności od odmiany, dorosłe rośliny C. arabica wymagają zazwyczaj 1-3 metrów odstępu między roślinami. Na przykład, gdy rośliny są rozstawione w odległości 2,5 metra od siebie, uzyskuje się 1600 roślin z hektara, podczas gdy przy rozstawie 4 metrów od siebie, plon wynosiłby 625 roślin z hektara (Rothfos, 1980). W sytuacji, gdy kawa jest uprawiana w połączeniu z innymi roślinami, decyzje są bardziej złożone i zależą od tego, jakie zapotrzebowanie na energię i wodę będą miały sąsiednie rośliny w stosunku do potrzeb C. arabica.
C. arabica staje się mniej produktywna wraz z wiekiem, dlatego przycinanie stało się powszechnym sposobem na przedłużenie żywotności drzewka kawowego. Druga opcja, czyli ponowne sadzenie, trwa dłużej i jest bardziej ryzykowna dla rolników, ponieważ zależy od udanego zasadzenia sadzonki, po którym następują około dwa lata praktycznie bezproduktywnej uprawy, a zatem bez dochodów z tych roślin. Istnieją dwie główne metody przycinania, które są powszechne na całym świecie, w zależności od lokalnej agronomii i praktyk utrzymania upraw. Są to przycinanie jedno- i wielopędowe (Rothfos, 1980; Snoeck & Lambot, 2009). W przypadku każdej z tych metod, w zależności od potrzeb danej odmiany i plantacji kawy, można zastosować przycinanie pniaków lub mniej drastyczne metody odmładzania. Różni agronomowie zalecają różne obiektywne wytyczne dotyczące przycinania, w oparciu o czynniki takie jak wysokość drzewa, zmniejszona produktywność i wiek drzewa (Snoeck & Lambot, 2009). Często zaleca się, aby gospodarstwo strategicznie przycinało części plantacji kawy każdego roku, w przeciwieństwie do przycinania wszystkich drzew na raz. W ten sposób minimalizuje się utratę przychodów z powodu okresów odrastania. Oprócz głównej strategii przycinania, każdego roku przeprowadza się również przycinanie pielęgnacyjne, zazwyczaj w okresach powolnego wzrostu (Clifford & Willson, 1985; Willson, 1999). Ogólnie rzecz biorąc, dwuletnie pędy wtórne są najbardziej produktywne, co motywuje plantatorów kawy do maksymalizacji ich liczby na plantacjach każdego roku (Clifford & Willson, 1985).
Wyzwania rolnika
Oczywiście, najlepiej ułożone plany myszy i mężczyzn (i roślin), często idą na manowce. Rolnik może wybrać odmianę kawy charakterystyczną dla danego regionu, zasadzić ją w strategicznym miejscu z dobrym nasłonecznieniem i dobrze przepuszczającą wodę glebą, i pod każdym innym względem stworzyć „idealną” plantację kawy, a mimo to będzie musiał stawić czoła wyzwaniom nie do pokonania. Nieoczekiwana pogoda, zmiany klimatyczne, epidemie szkodników lub patogenów oraz inne „działania Boga” i natury mogą zmienić szczęśliwą plantację kawy w jałowe, ponure pustkowie. Istnieją zagrożenia w rolnictwie, które mogą być w pełni zrozumiane tylko przez tych rolników, którzy przeżywają każdy cykl upraw. Dla tych z nas, którzy pracują przy prażeniu, sprzedaży detalicznej lub konsumpcji na końcu łańcucha wartości, ważne jest, aby pamiętać o ograniczeniach naszej perspektywy.
„Rolnictwo wygląda na bardzo łatwe, gdy twoim pługiem jest ołówek, a ty jesteś tysiąc mil od pola kukurydzy.”
– Prezydent Dwight D. Eisenhower
Emma Sage jest kierownikiem naukowym SCA ds. kawy. Zanim rozpoczęła pracę w przemyśle kawowym, ukończyła studia w dziedzinie ekologii i botaniki oraz zajmowała się przemysłem winiarskim. Lubi uczyć się wszystkiego, co można wiedzieć o nauce o kawie (a co ważniejsze, dzielić się tym z Tobą).
Literatura cytowana & Dalsza lektura
Carelli, M. L. C., Fahl, J. I., & Ramalho, J. D. C. (2006). Aspekty metabolizmu azotu w roślinach kawowca. Brazilian Journal of Plant Physiology, 18, 9-21.
Clifford, M. N., & Willson, K. C. (1985). Coffee: Botanika, Biochemia, Produkcja ziaren i napoju. Westport, CT: AVI.
Hillel, D. (2004). Wprowadzenie do fizyki gleby w środowisku. USA: Elsevier Academic Press.
Larcher, W. (2003). Physiological Plant Ecology (4th ed.). New York: Springer.
Lashermes, P., Combes, M. C., Robert, J., Trouslot, P., D’Hont, A., Anthony, F., & Charrier, A. (1999). Molekularna charakterystyka i pochodzenie genomu Coffea arabica L. Molecular and General Genetics MGG, 261(2), 259-266.
Muschler, R. G. (2009). Zarządzanie cieniem i jego wpływ na wzrost i jakość kawy. In J. N. Wintgens (Ed.), Coffee: Growing, Processing, Sustainable Production 2nd ed., (pp. 395-422). Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. kGaA, Weinheim.
Raven, P., Evert, R., & Eichhorn, S. (1999). Biology of Plants. New York: W.H. Freemand and Company.
Rothfos, B. (1980). Produkcja kawy. Niemcy: GORDIAN-Max-Rieck GmbH.
Snoeck, J., & Lambot, C. (2009). Utrzymanie upraw. In J. N. Wintgens (Ed.), Coffee: Growing, Processing, Sustainable Production 2nd ed., (pp. 250-327). Weinheim: Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
Snoeck, J., & Vaast, P. (2009). Importance of Organic Matter and Biological Fertility in Coffee Soils. In J. N. Wintgens (Ed.), Coffee: Growing, Processing, Sustainable Production 2nd ed., (pp. 375-387): Wiley-VCH Verlag GmbH & Co. KGaA.
Wellman, F. L. (1961). Coffee: Botany, Cultivation, and Utilization. New York: Interscience Publishers Inc.
Willson, K. C. (1999). Kawa, kakao i herbata. UK: CABI Publishing.
.