咖啡生豆學:咖啡園管理技術:遮蔭VS全日照

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在上週的﹝咖啡風味學﹞,我們提到”日照”對咖啡果實甜度的影響力,同時我們也談到全球暖化所導致的咖啡葉銹病蔓延問題。

在上期的﹝咖啡生豆學﹞,我們也談到全球有三分之一的咖啡農場,在微氣候、農場管理或是土壤管理上未能達標,以至於並不適宜咖啡生長其間。

當全球暖化威脅咖啡種植園時,生產者為咖啡園重新尋地”孟母三遷”並不容易,但是透過咖啡園管理技術,仍有可能改善咖啡在暖化與氣候變遷中的生存適應力。

今日咖啡生豆學第二篇,就要來介紹兩種常見的咖啡園種植技術:太陽種植(Sun-Grown )與遮蔭種植(Shade-Grown),它們的優缺利弊。

遮蔭種植是古法

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圖:咖啡最早被發現於埃賽俄比亞的山麓內

咖啡相傳是在公元第六至第八世紀,由牧童在非洲埃賽俄比亞的山麓照料羊群時,被發現和收穫的,爾後因埃國的回教徒多次入侵也門,咖啡才開始栽種於中東地區。

在埃賽俄比亞山地雨林中生長的阿拉比卡咖啡植物(Coffea arabica),是生長在森林的中間層,下有柔軟的地面覆蓋物,上有較高的樹冠層。這樣的林蔭,沒有霜凍,沒有極端熱量,腐植土豐富養分肥沃,微生物作用使土壤的含水量充足且排水良好。

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圖:埃賽俄比亞YAYU咖農在林蔭間摘取咖啡,Emily Garthwaite攝影

十七世紀初期,也門咖啡被回教徒帶回印度種植,十七世紀末期與十八世紀初期,荷蘭人又將咖啡帶到新世界種植後,這種在茂密樹冠下生長的咖啡作物,就以同樣的種植形式被複製在亞洲,中美洲,加勒比海和哥倫比亞的中部海拔地區,這種森林種植法持續了幾個世紀之久。

不過在夏威夷,蘇門答臘的曼特寧地區,牙買加的藍山地區以及許多其他地方,因為天候多雨而潮濕,咖啡植物需要較多的陽光,這些地方一開始就不屬於遮蔭種植。

生長於樹蔭林間的咖啡,通常被標註為遮陰種植咖啡(Shade-Grown Coffee)。

二十世紀太陽種植變普及

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圖:巴西太陽種植咖啡農場

20世紀70年代,由於葉銹病和咖啡害蟲損害了種植於林蔭間的咖啡作物,咖啡全球減產。來自消費市場廣大的需求壓力,加上美國援助與咖啡產國地方政府的資金鼓勵,許多采用遮蔭種植的農民,紛紛開始建造新的全日照種植園來增加產量。

大型工業種植園如雨後春筍的出現,在這類太陽種植的咖啡農場,往往採用單一栽培,只有咖啡一種植物在景觀中居主導地位,沒有樹木覆蓋,咖啡灌木直接在陽光下生長。在咖啡場散步類似於在蘋果園中散步。

這種全日照種植形式的咖啡,稱為太陽咖啡(Sun-Grown Coffee)。

全球咖啡產區種植形式分佈圖

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圖: 全球阿拉比卡咖啡產區種植形式分佈圖

由於咖啡依照品種不同,可以在蔭涼處或全日照條件下生長。目前全世界約有25%的咖啡農場選擇傳統遮蔭管理,35%執行部分遮蔭管理,40%在全日照條件下管理。

上圖是阿拉比卡咖啡產區種植形式分佈圖。圖中圓餅區塊,就是種植形式的標註,以三種顏色區分:

-深綠:代表多元樹種的遮蔭種植(Diverse Shade-Grown)

-淺綠:代表少量樹種的遮蔭種植(Scante Shade-Grown)

-鮮黃:代表太陽種植(Sun-Grown)

在美、非、亞三大洲的咖啡產區,施行遮蔭種植與太陽種植的國家分析如下:

[中美洲] 主要採遮蔭種植,墨西哥與洪都拉斯有三分之一採陽光種植,尼加拉瓜則有十分之一採陽光種植。

[南美洲] 哥倫比亞和秘魯採用遮蔭種植,巴西八成咖啡農場採陽光種植,有少部份遮蔭種植。

[非洲] 肯尼亞與埃賽俄比亞採遮蔭,坦桑尼亞較多采陽光種植。

[亞洲] 印度全採遮蔭,印度尼西亞主採遮蔭,其他如越南泰國則多采陽光種植。

太陽種植的缺點-森林砍伐

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圖:森林中消失的樹冠,單一覆蓋的土地

現今太陽種植咖啡占美國商店出售咖啡75%,儘管太陽種植咖啡看似為農民帶來高產量與抗病希望,但這種轉變同樣付出不少生態代價。

工業種植園為取地種植太陽咖啡,經常需要大面積砍伐森林。據統計,1990年代從太陽種植推廣以來,單在拉丁美洲,原本的280萬公頃傳統遮蔭咖啡種植園,就有超過四成樹冠(110萬公頃)被砍伐,以改建成太陽種植咖啡園。

咖農為促進收入響應政府砍樹換太陽種植的政策,使森林快速消失於地平在線。森林砍伐使動物棲息地喪失,生物多樣性喪失,太陽種植對生態的負面效應,遠大於咖農提高產能的小小經濟收益。

太陽種植的缺點-水污染

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圖:太陽種植園需使用化肥和農藥

在傳統天然樹冠提供的遮蔭種植咖啡園,有大量落葉為咖啡植物提供營養。但太陽種植園,這些天然有機營養素是不可期待的。

缺乏落葉覆蓋的農場,加上日照強度造成的產能提升,使咖啡園的土壤肥力快速降低,農民必須使用化肥,尤其是氮肥來增加植物營養。結果導致太陽咖啡農場的硝酸鹽會隨著雨水沖刷進入當地流域,耗盡水中氧氣供應並殺死水生生物,造成水污染。

此外,因為缺乏落葉覆蓋,太陽種植咖啡園還需要使用除草劑來控制雜草。這些農藥隨著徑流污染了河水。

太陽種植的缺點-土壤侵蝕

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圖:森林變為農業土地,覆被消失土壤侵蝕易生

缺乏落葉的農場,也使太陽種植的咖啡園土壤完全暴露在陽光下並直接加熱時,土壤容易變乾失去密度,並被風和水侵蝕帶走。侵蝕造成的泥沙沉積物又流入水源,影響水和陸地生態系統。

土壤顆粒也會增加空氣污染,因為風蝕會改變大氣條件和氣候。這些腐蝕性過程使得曾經被森林占據的土地變成了荒涼、乾燥、養分枯竭的劣質土。

氣候暖化使遮陰種植抬頭

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圖:暖化持續高溫使咖啡生長減緩並罹病

任何植物都有適應生長的溫度,咖啡作物也不例外。但全球暖化的氣候趨勢,使許多咖啡種植園現今面臨高溫對咖啡收穫的威脅。

依據科學家的調查,在1998年到2003年的這六年間,全球年均溫平均上升了0.54℃攝氏度,遠高於20 世紀總平均值。而2012年至2016年的五年間,年均溫更上升了0.78°C攝氏度。 

陽光種植的趨勢始於1970年,當時的氣候沒有暖化議題,溫和偏暖的溫度,能加速光合作用進行,從而加快果實的發育和成熟,這意味著產量加快,所以咖農趨之若鶩。

但是當暖化趨勢使咖啡園內的空氣溫度超過"適宜生長臨界值"時,過多的太陽熱能又成為咖啡生產的弊因。持續暴露高溫(30°C)損害咖啡葉片,使其缺水焦化,未摘取的果實也出現曬乾問題。

暖化使太陽種植的咖啡園面臨產量與產值的雙重威脅,於是給咖啡撐傘以降溫的遮蔭種植方式,又重新獲得農民重視。

遮陰種植可助農場因應極端降雨

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圖:不合時宜的降雨威脅咖啡園的土壤與產量

遮蔭種植為咖啡園帶來的另一個好處,是對極端降雨氣候的因應。

許多咖啡園位於山區斜坡,遮蔭種植為咖啡園帶來大量落葉,這些落葉覆蓋了咖啡園土壤,形成吸水海綿作用,可以在不合時宜的暴雨或降雨時,為咖啡園吸收過量的水分,阻擋土壤層短時間浸水過多。

遮蔭樹木的落葉,阻擋了徑流對咖啡園土壤的沖刷侵蝕,留住的珍貴的土壤。遮蔭樹木也同時在咖啡灌木之上形成雨傘作用,阻擋大雨打落葉片或脆弱果實。遮蔭種植緩衝極端氣候對咖啡園續產力的傷害。

咖啡種植園的農林業趨勢

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圖:農林業生產形式是一種可永續經營的土地利用模式

現今許多阿拉比卡的精品咖啡種植園,開始採用所謂的農林業(Agroforestry或Agro-sylviculture)農場管理模式。

這是一種結合林業與農業間的土地利用實作方式。也就是將農地上的農作物(咖啡),與多年生木本植物(例如喬木或灌木)交互種植,使單位農地上的作物產量增加,並使生產多元化,有時也會與家畜、養蜂等農業互相混合。

農林業結合了農業與林業技術,創造了更加多元、更多產量、更高利潤、更加環保,並且可永續經營的土地利用模式。

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圖:咖啡包裝袋上的遮蔭種植標語

多數農林業農場生產的咖啡,都被稱為“遮蔭咖啡(Shade-Grown Coffee )”。愈來愈多這類”遮蔭種植”的標語,出現在阿拉比卡精品咖啡的包裝袋標註上。但因為遮蔭種植並沒有官方標准或監督機構,來管理該術語在咖啡標籤上的使用,所以遮蔭種植的標註並不能反映出一種統一化的質量等級。

同時,並非所有遮蔭種植咖啡園的農林複合系統都屬一致,農林複合系統的遮蔭範圍差異,可從類似成熟森林的密集陰影系統,到只有一兩種遮蔭樹的淺陰影系統。不同的弄林業形式,對咖啡園的產質有不同的影響。

四種咖啡園的農林複合系統

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依照咖啡園中林木的高度與種類,還有樹冠層的遮蔭率,可區分出四種遮蔭種植的農林複合狀態:

A. 傳統鄉土系統咖啡園

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圖: 埃塞俄比亞Ilubabor省原始咖啡森林

上圖是埃塞俄比亞南部Ilubabor省的熱帶雨林,本區被聯合國教科文組織列為生物圈,這座森林主要出口產品就是生長在原始森林裡的野生咖啡,圖中較低矮的樹種就是咖啡灌木。

這種生長於原始森林中,原生植被幾乎沒有變化的咖啡園,稱為傳統鄉土系統(Traditional Rustic System)咖啡園,常見於埃賽俄比亞。

這些野生咖啡往往是未被馴服的原生種咖啡,這種咖啡林的管理強度小,農民的管理工作通常不干預森林系統,常見於小型家庭式咖啡農場。

傳統鄉土系統的咖啡農場樹種多樣,平均有25種。蔭影植被層可能超過三層,遮蔭率為70~100%。

B. 傳統混養系統咖啡園

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圖:北泰國原始森林區開墾的咖啡園

遮蔭率第二高的,是傳統混養的咖啡園(Traditional Polyculture System ,也稱Coffee Gardens)。

這種咖啡園種植的咖啡,是經過人工馴化的傳統咖啡品種,為了提升農場的經濟收入,會砍伐一些無經濟價值的原始林木,改種植可增加收益或增加土壤養分的經濟林木、固氮樹木、藥用植物或果樹。

這種傳統混養的咖啡種植園,林木的管理強度中等,通常只需照顧經濟作物,原始林中的原始植被物無需管理。

上圖是北泰國的混養咖啡園,可以看到芭蕉樹種植於原始林的樹冠下,和咖啡一起生長,這類林木的遮蔭率為60~90%。

C. 商業混養系統咖啡園

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圖:哥倫比亞Antioquia省Andes山的商業混養咖啡園

在商業混養(Commercial Polyculture System)的農林業咖啡園系統,為了增加咖啡植物的農地面積,更多原始林木被大量移除,引入一些具有經濟價值的遮陰樹與咖啡混合種植,通過種植經濟性木材與果樹提供遮蔭。

這種商業混養的咖啡種植園,林木的管理強度高,森林的樹冠需要經常修剪,去除附生植物。

這類混養林通常只有兩個植被層,樹冠和咖啡,遮陽率在30~60%。由於咖啡作物上層的植被不夠茂密,這類咖啡園可能因植被覆蓋不足,而需要使用到化學肥料和殺蟲劑。

D. 陰影單作系統咖啡園

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圖:哥倫比亞陰影單作咖啡種植園

蔭影覆蓋率最低的是單一陰影系統(Shaded Monoculture System),只栽種一兩種遮蔭樹種,通常是印加屬(Inga)的固氮樹木。

這種單一陰影的咖啡園,去除所有的原始林木,重新種植少部分陰影樹木,林木的管理強度高,森林樹冠樹苗要經常修剪,去除附生植物,陰影覆蓋率僅10~30%。

遮蔭種植應看需要,並非必然

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圖:2015年哥斯達黎加COE卓越杯第一名獲獎咖啡園

儘管遮蔭種植對生態、環境、咖啡質量均有好處,但不表示地表上所有咖啡園都應該採用遮蔭種植,或者遮蔭率愈高愈好。

上圖是2015年哥斯達黎加超凡杯競賽第一名的咖啡莊園,位於海拔1600公尺的高山,顯然這區冠軍豆咖啡園沒有使用遮蔭系統,可以看出這是一個太陽種​​植咖啡地塊。

遮蔭的根本目的,是為咖啡園阻擋不適當的太陽熱量,但如果已經生長在高海拔山區,全天日照量不多,這時就不一定需要採用遮蔭種植來生產高質量咖啡。

所以要不要遮蔭,是咖啡農場針對當地微氣候環境的考慮選擇。當消費者因為選購遮蔭咖啡而因此要付出較高購買成本時,其實可以跳脫遮蔭一定更好的迷思。

當我們更多了解所選購咖啡的身世,獲得有關咖啡農場的信息,或許我們更能理解,手上這一包咖啡,為何需要遮蔭?又是屬於哪種農林業層級的遮蔭。

今日的咖啡生豆學,我們就談到這裡。下期會跟您持續陰影議題,談另一個與陰影有關,也常出現在咖啡包裝袋上的術語”鳥友咖啡”,我們下期再會。

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