Chương 2: Nâng cao Chất lượng Cà phê – Địa thế và Hệ sinh thái Nông nghiệp

1. Giới thiệu

Việc trồng cà phê là một sự kết hợp của các loại cây có sẵn, kiến thức, truyền thống, các kỹ thuật kỹ thuật như cắt tỉa, bón phân và quản lý sâu bệnh, và điều kiện môi trường bao gồm đất, địa hình, độ cao, khí hậu và độ bóng. Tất cả những người nông dân đều nhằm mục tiêu giảm thiểu chi phí và lao động và tối đa hóa sản xuất. Với người tiêu dùng cà phê ngày càng đòi hỏi hương vị và mùi thơm tốt hơn, việc trồng cà phê chất lượng cao là chìa khóa cho thành công kinh tế.

Mặc dù các chương trình mở rộng lỗi thời trước đây khẳng định rằng người nông dân phải lựa chọn giữa bảo tồn môi trường và năng suất, khoa học hiện đại và kinh nghiệm cho thấy sự hội tụ giữa bảo tồn, quan hệ cộng đồng, công bằng xã hội, chất lượng sản phẩm và năng suất dẫn đến khái niệm bền vững. Những người nông dân làm việc cùng các nhà khoa học, tổ chức bảo tồn và các công ty cà phê đang chứng minh rằng việc tuân thủ các hướng dẫn bền vững tiến triển như được xác định, ví dụ như các chương trình chứng nhận, cung cấp một con đường để đạt được tất cả những mục tiêu này cùng một lúc. Bền vững bao gồm tối ưu hóa điều kiện môi trường, xã hội và kinh tế trên một trang trại.

Người nông dân, đặc biệt là ở các quốc gia và khu vực sản xuất chính như Brazil, Việt Nam, Colombia và Trung Mỹ, có cơ hội tiếp cận đào tạo và thông tin mới từ các hiệp hội cà phê quốc gia, hợp tác xã, tổ chức phi chính phủ (NGO), cơ quan chính phủ, viện nghiên cứu nông nghiệp và các bộ phận nghiên cứu và đào tạo của các công ty giao dịch và rang cà phê. Thiết lập tiêu chuẩn và chứng nhận tiến bộ hơn trong cà phê hơn bất kỳ loại cây nào khác. Người đào tạo và cung cấp hỗ trợ kỹ thuật hỗ trợ các chương trình chứng nhận và bền vững do các tổ chức phi chính phủ dẫn đầu, kết hợp với các chương trình từ phần tư nhân, đang tiếp cận nhiều nông dân. Tuy nhiên, hàng triệu nông dân, đặc biệt là những người nông dân nhỏ lẻ ở vùng sâu vùng xa, không hưởng lợi từ khoa học mới và các hướng dẫn bền vững; họ phải dựa vào thử nghiệm, kiến thức được truyền lại từ các thế hệ trước và chia sẻ lời khuyên và câu chuyện thành công với hàng xóm. Các bên liên quan trong ngành cà phê nhận ra khoảng trống đào tạo này, và có nhiều sáng kiến và liên minh đang phát triển để giải quyết vấn đề này.

Nông nghiệp luôn luôn rủi ro; trồng một mặt hàng để xuất khẩu càng rủi ro hơn. Người nông dân cà phê phụ thuộc vào chu kỳ giá tăng và giảm, thời tiết, chính sách chính phủ, sở thích tiêu dùng thay đổi, bất ổn xã hội hoặc chiến tranh, và sâu bệnh. Số lượng người nông dân phá sản trong cuộc khủng hoảng giá cà phê đầu những năm 1990 không đếm xuể. Sự bùng phát chu kỳ của bệnh sâu lá cà phê, có thể đã đạt đỉnh vào năm 2013, đã khiến người nông dân cà phê Trung Mỹ mất 30-70% thu nhập và khoảng 500.000 việc làm trong ngành cà phê.

Những người sản xuất phải đưa ra quyết định thông minh trong tất cả các khía cạnh của quản lý trang trại, bắt đầu từ việc chọn hạt giống để trồng trong khu vực trồng trọt mới. Như đã đề cập trước đó, người nông dân không cần phải lựa chọn giữa năng suất, chất lượng sản phẩm, bảo tồn môi trường, quan hệ cộng đồng hoặc đối xử đạo đức với công nhân, mà họ có thể ưu tiên những mục tiêu này và những mục tiêu khác. Chương này xem xét một số quyết định mà người nông dân phải đưa ra liên quan đến điều kiện và thực hành nông nghiệp và chủ yếu xem xét tác động của những quyết định này đối với chất lượng sản phẩm và năng suất.

2. Nâng cao Chất lượng Cà phê – Địa thế và Hệ sinh thái Nông nghiệp

Tách cà phê chất lượng được quyết định bởi các đặc tính vật lý và hóa học của cà phê xanh, được quyết định bởi sự kết hợp của ba yếu tố: yếu tố môi trường, yếu tố di truyền và các thực hành nông nghiệp.

Tất cả chúng đều quan trọng và tương tác với nhau. Chuỗi này không phải là trung lập và cần được hiểu rõ bởi những người sản xuất cà phê nhắm đến mục tiêu sản xuất cà phê chất lượng cao. Thực tế, các yếu tố môi trường như độ cao, điều kiện khí hậu và độ phì nhiêu đất gần như cố định và khó sửa đổi. Một phần, các thực hành nông nghiệp có thể điều chỉnh chúng, ví dụ như cây chè, tưới nước và bón phân, nhưng chúng sẽ không bao giờ hoàn toàn bù đắp cho các điều kiện môi trường không phù hợp. Điều này sẽ ảnh hưởng đến chi phí sản xuất khi cần phải thực hiện sửa đổi mạnh mẽ. Sau khi chọn đúng nơi sản xuất, người nông dân cà phê sẽ phải chọn loại và giống cà phê có tiềm năng chất lượng mong muốn.

Như đã đề cập ở Chương 1, có nhiều nghiên cứu chứng minh rằng tất cả các loại cà phê không tương đương về chất lượng và một số loại sẽ không bao giờ tạo ra chất lượng tốt nhất. Sau đó, khi định rõ các địa điểm và giống cà phê, tiềm năng chất lượng được xác định và sau đó sẽ được đánh giá theo các thực hành nông nghiệp được áp dụng. Nếu cây cà phê không được trồng và thu hoạch đúng cách, chất lượng cà phê xanh sau khi chế biến sẽ không được đảm bảo. Trong chương đầu tiên, đóng góp của các loại và giống cà phê cho chất lượng đã được phác thảo. Trong các trang tiếp theo, chúng ta sẽ cố gắng chứng minh các điều kiện môi trường, kỹ thuật nhân giống, việc che phủ cà phê, việc bón phân và sự xâm nhập của sâu bệnh có thể ảnh hưởng đến chất lượng cà phê cuối cùng. Kiến thức và bằng chứng khoa học đã tích lũy qua nhiều thế kỷ trồng trọt cà phê nhưng nhiều khía cạnh vẫn cần được điều tra sâu hơn. Ví dụ, sẽ cần phải hiểu rõ hơn về cách rối loạn sinh lý do điều kiện khí hậu bất lợi ảnh hưởng đến chất lượng, dinh dưỡng cây và việc bón phân, có thể tích cực hoặc tiêu cực.

Các nhà khoa học cần phải sáng tạo và đưa ra các phương pháp mới để vượt qua sự phức tạp này. Trong những thập kỷ gần đây, sự phát triển của phổ gần hồng ngoại hoặc phương pháp chuyển hóa chất đã giúp các nhà khoa học tiến triển đáng kể trong nghiên cứu của họ. Đã có sự tập trung vào hóa học cà phê, một phần bỏ qua các thành phần vật lý của hạt cà phê, có thể tiềm ẩn ảnh hưởng đến chất lượng. Các hướng tiếp cận hứa hẹn đã được nghiên cứu về mối quan hệ giữa các đặc tính sinh lý và enzyme và chất lượng được đo bằng khả năng sống của hạt giống (Selmar et al., 2008).

Mối quan hệ giữa sự phát triển mô trong quả cà phê và thành phần sinh hóa cũng là một phương pháp thú vị (De Castro và Marraccini, 2006). Polysaccharides và đặc biệt là thành tế bào của hạt cà phê có thể đóng vai trò quan trọng trong chất lượng cảm quan vì chúng tương tác với các phân tử khác trong quá trình rang (Ridgwell và Fischer, 2006). Tất cả những phương pháp khoa học này chứng tỏ sự cần thiết phải kết hợp nhiều lĩnh vực chuyên môn để hiểu rõ hơn về những gì cải thiện chất lượng cà phê bên trong hạt.

3. Điều kiện môi trường phù hợp cho việc trồng cà phê

Điều biến đổi khí hậu đang đe dọa nghiêm trọng đến sản xuất cà phê trên toàn cầu. Theo Báo cáo Đánh giá Lần thứ Năm của Ban Điều hành Liên chính phủ về Biến đổi Khí hậu (Stocker et al., 2013), nhiệt độ bề mặt trung bình đã tăng 0,85 độ C từ năm 1880 đến nay và, tùy thuộc vào các kịch bản, có thể tăng từ 1 độ C (lạc quan) đến 3,7 độ C (bi quan) vào năm 2100. Theo dự đoán này, sự phù hợp trung bình cho việc sản xuất cà phê tại Brazil, nơi sản xuất 36% cà phê Arabica toàn cầu, dự kiến sẽ giảm từ 30% đến 85% (Bunn et al., 2014).

Theo kịch bản bi quan hơn của IPCC, Mexico sẽ mất 29% diện tích 27.400 km2 hiện tại phù hợp cho trồng cà phê và Uganda, nơi cà phê chiếm 20% thu nhập từ ngoại thương, cũng sẽ mất diện tích phù hợp cho sản xuất cà phê điều này lên đến 25% (Ovalle Rivera et al., 2015). Để duy trì mức sản xuất, người nông dân cà phê Arabica ở Uganda và các quốc gia khác sẽ phải chuyển sang khu vực độ cao cao hơn nơi có rừng núi được bảo vệ.

Biến đổi khí hậu cũng sẽ mang lại sự thay đổi về địa lý và thời gian của lượng mưa. Điều này sẽ ảnh hưởng đến sản xuất cà phê Arabica và đặc biệt là Robusta, loại cà phê này yêu cầu lượng nước lớn hơn. Theo kịch bản bi quan hơn của IPCC, Brazil sẽ trải qua một hoặc hai tháng khô nhiều hơn mỗi năm vào năm 2050 (Ovalle Rivera et al., 2015).

Biến đổi khí hậu cũng có thể ảnh hưởng đến sự xuất hiện của bệnh rỉ cà phê (Hemileia vastatrix). Quan sát trong 39 năm của Ce´nicafe´ tại Colombia đã chứng minh sự xuất hiện cao hơn đáng kể của bệnh rỉ cà phê ở độ cao trên 1200 mét so với khi có hiện tượng El Nin˜o ấm hơn so với La Nina (Rozo et al., 2012).

Để đảm bảo tính bền vững của nền kinh tế cà phê, cần phát triển các giải pháp mới để cải thiện sự chịu đựng của cà phê đối với biến đổi khí hậu trong khi vẫn đáp ứng được kỳ vọng về chất lượng của thị trường. Sự kết hợp giữa việc lựa chọn các loại cà phê chịu đựng (Robusta chịu hạn, Arabica chịu sâu bệnh, Arabica chất lượng cao ở độ cao thấp, Robusta chất lượng cao và các loại khác) và các phương pháp nông nghiệp phù hợp (như nhân giống, tạo bóng mát và các phương pháp khác) có thể giúp giải quyết vấn đề khó khăn này.

3.1 Khí hậu ở các khu vực trồng cà phê

Vùng lãnh thổ bản địa của Coffea canephora kéo dài từ Trung Phi đến Vịnh Guinea và Uganda. C. canephora có nguồn gốc từ rừng mưa xích đạo ở độ cao thấp đến trung bình, từ 250 đến 1500 m (Davis et al., 2006). Nhiệt độ trung bình hàng năm lý tưởng cho loài cây này dao động từ 22°C đến 26°C (DaMatta và Ramalho, 2006), với mô hình lượng mưa hàng năm từ 1200 đến 2500 mm và không có mùa khô kéo dài. Ở vùng nguồn gốc của nó, C. canephora chủ yếu phát triển trên đất đỏ (oxisols, ultisols) phẳng đến dốc nhẹ, thoát nước tốt, và đất axit với tính phì nhiệt độ thấp.

So với vùng lãnh thổ rộng lớn của C. canephora, C. arabica có vẻ hạn chế hơn nhiều. Loài này có nguồn gốc từ một vùng hẹp ở phía tây nam Ethiopia và Boma Plateau (Nam Sudan). Các cây C. arabica hoang dã phát triển trong rừng mưa núi của Ethiopia, ở độ cao từ 1200 đến 1950 m (Davis et al., 2006), với nhiệt độ trung bình hàng năm từ 18 đến 21°C và mô hình lượng mưa từ 1100 đến 2000 mm.

Ở các vùng Ethiopia, phân bố lượng mưa hàng năm là đơn mô đảm bảo với mức tối thiểu từ tháng 11 đến tháng 2 và mức tối đa từ tháng 5 đến tháng 9 (Liljequist, 1986). Ở những khu vực này, C. arabica phát triển trên đất sâu, màu đỏ hoặc nâu, thoát nước tốt với hàm lượng trên 30% và độ axit của đất dao động từ pH 4.1 đến 6.3. Với điều kiện chế biến thích hợp, cà phê được sản xuất tại các vùng nguyên sinh có chất lượng cảm quan xuất sắc. Đã được chứng minh rõ ràng rằng chất lượng cùng loại cà phê có thể được đạt được trong các hệ thống sản xuất nông nghiệp nếu đáp ứng được điều kiện môi trường yêu cầu bởi những loài cây này.

3.2 Điều kiện khí hậu trong khu vực trồng cà phê và chất lượng cà phê

Cà phê được sản xuất ở hơn 50 quốc gia trong vùng đới nhiệt đới. Đối với hai loài cây trồng, lượng mưa hàng năm và thời gian mùa khô là các thông số liên quan đến nước quan trọng nhất, có tác động đáng kể đến năng suất. Điều kiện tốt nhất cho cả hai loài cây là độ ẩm không khí cao và liên tục.

Trong một nghiên cứu gần đây, Bunn và cộng sự (2015) đã xác định các vùng nông thôn học phù hợp để sản xuất cà phê Arabica (vùng địa lý từ 20°B-25°Đ). Năm cụm được định nghĩa bởi các tác giả này là “Nóng-Ẩm,” “Ổn Định,” “Nóng-Khô,” “Mát-Thay Đổi,” và “Mát-Khô” (xem Bảng 2.1).

Đối với C. canephora (vùng địa lý từ 15°B-15°Đ), việc phân cụm tương tự hiện không có sẵn. Tuy nhiên, dựa trên các quan sát thực nghiệm, chúng ta có thể đề xuất mô tả về bốn vùng nông thôn học phù hợp để sản xuất Canephora. Loài cây này phát triển tốt trong các khu vực nơi nhiệt độ tối thiểu là trên 17°C và tối đa là dưới 34°C (Bảng 2.2).

Cà phê Arabica chuyên biệt được sản xuất dưới điều kiện khí hậu tối ưu sẽ có hương vị đặc trưng, đặc biệt là vị chua tinh tế và hương thơm dễ chịu (Rinehart, 2009). Đối với Arabica, cà phê chuyên biệt chủ yếu được sản xuất trong cụm “Ổn Định.” Cà phê Robusta tinh tế chủ yếu được sản xuất trong cụm mát-ẩm.

3.3 Triệu chứng cây phát sinh do áp lực khí hậu

Arabica thích nghi tốt hơn với điều kiện lạnh hơn Canephora. Nhưng dưới điều kiện ấm, hành vi của Arabica khá tương tự như của Canephora (Bertrand và cộng sự, 2015). Khi điều kiện khí hậu trở nên lạc hậu, cả hai loài cây đều có triệu chứng căng thẳng tương tự, điều này cuối cùng có thể ảnh hưởng đến chất lượng cốc do các rối loạn sinh lý trong cây (Bảng 2.3).

Trong hầu hết các trường hợp, các áp lực liên quan đến khí hậu giảm sự phát triển hoặc phá hủy lá cà phê. Xét đến việc chất lượng đồ uống có liên quan đến tỷ lệ diện tích lá so với trái (Vaast và cộng sự, 2006), có thể kết luận rằng tất cả những áp lực sinh lý và cơ học do điều kiện khí hậu bất lợi gây ra sẽ ảnh hưởng tiêu cực đến chất lượng cà phê.

3.4 Dấu hiệu sinh hóa liên quan đến điều kiện khí hậu và chất lượng cà phê

 Như đã được nhấn mạnh bởi DaMatta và đồng nghiệp (2007), quá trình chín của quả cà phê diễn ra chậm hơn ở độ cao cao hơn và nhiệt độ không khí thấp hơn, hoặc dưới bóng mát, gây ra quá trình lấp đầy hạt cà phê tốt hơn (Vaast và đồng nghiệp, 2006). Trong những điều kiện này, hạt cà phê có độ dày hơn và hương vị đậm đà hơn so với những hạt cà phê được sản xuất ở độ cao thấp hơn. Một quá trình chín kéo dài xuất hiện như một trong những cơ chế chính dẫn đến chất lượng cốc cà phê cao, có thể thông qua một cơ chế sinh học hoàn chỉnh hơn cần thiết cho sự phát triển chất lượng đồ uống (Silva và đồng nghiệp, 2005).

Mô tả sinh khí hậu cho 5 cụm trồng cà phê Arabica

Trong tất cả các yếu tố khí hậu, nhiệt độ không khí trung bình trong quá trình phát triển hạt cà phê ảnh hưởng mạnh mẽ đến hồ sơ cảm quan. Những đặc tính chất lượng tích cực như axit, hương vị trái cây và các hương vị cụ thể khác có mối liên hệ với nhiệt độ không khí và cà phê Arabica thường được sản xuất dưới khí hậu mát mẻ. Hai hợp chất bay hơi (etanal và acetone) đã được xác định sau khi rang xay như các điểm đánh dấu sinh học của những nhiệt độ mát mẻ trên cà phê Arabica (Bertrand và đồng nghiệp, 2012).

Mô tả sinh khí hậu của 4 cụm nơi trồng cà phê C. canephora

Trong số các hợp chất bay hơi được phát hiện, hầu hết các rượu, aldehit, hydrocacbon và keton có vẻ tích cực liên quan đến nhiệt độ cao và bức xạ mặt trời mạnh, trong khi hồ sơ cảm quan hiển thị các khuyết điểm lớn (tức là, hương vị xanh, đất). Hai rượu (butan-1,3-diol và butan-2,3-diol) đã được liên kết với việc giảm chất lượng hương thơm, axit và tăng hương vị đất và xanh. Nhiệt độ cao gây ra sự tích tụ của các hợp chất này trong cà phê xanh và sẽ được phát hiện dưới dạng hương vị không mong muốn, ngay cả sau khi rang xay (Bertrand và đồng nghiệp, 2012).

Các triệu chứng chính do căng thẳng khí hậu gây ra

4. Hệ thống nhân giống

Các phương pháp truyền thụa cà phê truyền thống bao gồm hạt giống, cắt chồi có rễ, ghép cành và phương pháp in vitro. Chúng có thể được phân loại thành hai hệ thống chính: hệ thống sinh sản (hạt giống) và hệ thống thụ thai (cắt chồi có rễ, ghép cành, phương pháp in vitro). Lựa chọn phương pháp được hướng dẫn bởi tính di truyền của vật liệu cần truyền thụa, mức độ kỹ năng kỹ thuật và các ràng buộc về môi trường và chi phí.

4.1 Các phương pháp nhân giống chính và cách sử dụng chúng

Quyết định về hệ thống nhân giống phù hợp nhất cần được đưa ra sau khi hiểu sâu về một số tham số liên quan đến loài cây, tình trạng di truyền của giống cây, các phương pháp kỹ thuật được kiểm soát, các vấn đề về bảo vệ thực vật và chi phí sản xuất dự kiến của cây giống cà phê. Cuộc thảo luận với các bên liên quan (nhà lai tạo, nhà nông học, nhà tài trợ dự án) là cần thiết để tích lũy thông tin chính dẫn đến phương pháp tốt nhất. Các kỹ thuật chính [hạt giống, ghép cành, cắt chồi và phương pháp in vitro (Georget và đồng nghiệp, 2014)] được liệt kê trong Hình 2.1 với một số thông tin chính về cách sử dụng của chúng. Các phương pháp truyền thụa cổ điển khác nhau được mô tả chi tiết trong nhiều tài liệu tham khảo (Wintgens và Zamarripa, 2004; Cenicafe´ FNC, 2013; Almeida da Fonseca và đồng nghiệp, 2007) và các bài báo khoa học cho phương pháp in vitro (Etienne-Barry và đồng nghiệp, 1999; Ducos và đồng nghiệp, 2007).

4.2 Phương pháp nhân giống và chất lượng cà phê

Các phương pháp nhân giống bằng cách cắt chồi, ghép cành và có thể là phương pháp in vitro là các kỹ thuật hữu ích để tái tạo các kiểu gen đúng loại và tận dụng tiềm năng chất lượng của chúng về mặt cảm quan, vật lý và đặc tính sinh hóa (Hình 2.2).

Với việc ghép cành, có rủi ro và cơ hội về sự tương thích giữa cây giống và cây mẹ. Điều này đặc biệt đúng khi ghép cành giữa các loài cây khác nhau được thực hiện cho mục đích nông nghiệp. Bertrand và đồng nghiệp (2001) nghiên cứu về sự tương thích giữa các loài cây Coffea khác nhau của cây mẹ được sử dụng với cây giống Arabica. Cây mẹ Robusta không làm thay đổi thành phần hoặc chất lượng cà phê nhưng cải thiện đáng kể năng suất; tuy nhiên, quan sát thấy tác động tiêu cực của cây mẹ Robusta đối với sự phát triển của cây khi sử dụng ở độ cao cao do sự không thích nghi của Robusta với nhiệt độ thấp. Ghép cành giữa các loài không ảnh hưởng đến thành phần sinh học của cà phê xanh nhưng kích thước hạt và hương thơm giảm đáng kể khi C. liberica và C. dewevrei được sử dụng làm cây mẹ. Hai loài này cho thấy sự tương thích thấp với cây giống Arabica.

Một nghiên cứu tương tự được báo cáo bởi Fahl và đồng nghiệp (2001) cho thấy rằng việc ghép cành các giống Arabica trên C. canephora hoặc C. congensis dẫn đến tăng năng suất mà không ảnh hưởng đến chất lượng cảm quan và thành phần sinh học của cà phê xanh. Cây ghép cành cũng có khả năng chống hạn tốt hơn và được đề xuất rằng lợi ích này được tạo ra bởi khả năng cung cấp nước tốt hơn của hệ thống rễ của C. canephora cho cây mầm. Các thử nghiệm tại Brazil cho thấy việc ghép một giống Arabica trên giống Robusta Apoata không ảnh hưởng đến hồ sơ cảm quan, nhưng kích thước hạt đều hơn (Saath và đồng nghiệp, 2015). Một lợi ích về kích thước hạt có thể liên quan đến khả năng cung cấp nước tốt hơn của hệ thống rễ của C. canephora cho cây mầm, vì thông thường được chấp nhận rằng sự khan hiếm nước đối với cà phê có tác động tiêu cực đến kích thước hạt (Charrier và Berthaud, 1988; DaMatta, 2004).

Các phương pháp nhân giống và cách sử dụng chúng

Phương pháp nhân giống bằng hạt giống là một cách dễ dàng để tái tạo cây cà phê và thường dẫn đến cấu trúc tự nhiên của cây, bao gồm hệ thống rễ. Chất lượng cà phê có thể bị ảnh hưởng khi sản xuất hạt giống không được kiểm soát đúng cách và có thể dẫn đến đột biến di truyền với hiện tượng hiện tượng di truyền dự kiến. Điều này thường xảy ra khi hạt giống Robusta được thu thập mà không kiểm soát đúng cách các dòng cha mẹ, hoặc khi các dòng thuần chủng Arabica bị ô nhiễm bởi phấn ngoại trong thời kỳ ra hoa. Trong những tình huống này, con cháu sẽ khác với vật liệu dự kiến với hậu quả tiềm ẩn đối với chất lượng cà phê.

Nông dân châu Á ghép cà phê Robusta với một dòng cải tiến.

Một số loại hỗn hợp như Ruiru 11 được lựa chọn tại Kenya và được nhân giống bằng hạt giống có thể thể hiện các chất lượng cốc khác nhau cho các loại lai khác nhau, tạo thành loại hỗn hợp (Gichimu và đồng nghiệp, 2012). Bất kỳ thay đổi nào trong thành phần của loại hỗn hợp có thể ảnh hưởng đến chất lượng cuối cùng và rõ ràng rằng những loại hỗn hợp này đang được lựa chọn liên tục. Loại hỗn hợp Arabica Castillo được lựa chọn tại Colombia có các biến thể khu vực khác nhau (Alvarado và đồng nghiệp, 2010), có thể dẫn đến chất lượng cà phê xanh khác nhau.

5. Cây Che cho chất lượng cà phê cải thiện

Cây cà phê đã tiến hóa dưới tán rừng nhiệt đới và tự nhiên có khả năng chịu bóng râm. Cà phê hoang dã, chưa được canh tác vẫn được thu hoạch ở một số khu rừng ở Ethiopia và các quốc gia khác nơi chiếc họa mi này bắt nguồn. Cho đến những năm 1970, hầu hết cà phê được trồng theo các hệ thống nông nghiệp (truyền thống) mô phỏng theo rừng tự nhiên. Để tăng sản lượng và chống lại bệnh rỉ lá, các nhà nông học đã giới thiệu hệ thống đơn vụ “toàn bóng mặt trời”, nơi các trang trại chủ yếu bị phá rừng, cà phê được trồng thành hàng rào dày và được phun nhiều liều lượng lớn phân bón và thuốc trừ sâu. Những hệ thống đơn vụ (hiện đại) này thường tăng sản lượng đáng kể, và đến những năm 1990, nhiều trang trại đã chuyển sang các hệ thống đơn vụ có hoặc không có bóng râm. Một mô tả tổng quan về cả hai hệ thống quản lý truyền thống và hiện đại ở Châu Mỹ Latinh được trình bày trong (Hình 2.3).

Phân loại hệ thống quản lý rừng và cà phê ở Mỹ Latinh

Vào khoảng cùng thời gian, các xu hướng đối lập bắt đầu. Những người nông dân và xã hội bắt đầu nhận ra tầm quan trọng và giá trị của rừng mưa và tìm cách bảo tồn chúng. Và người tiêu dùng cà phê bắt đầu đòi hỏi cà phê chất lượng cao và được trồng theo cách bền vững. Như đã đề cập trước đó, một trong những yếu tố môi trường quan trọng quyết định chất lượng cà phê là nhiệt độ ổn định. Tán rừng bao phủ tạo ra các điều kiện vi sinh vật, nơi hạt cà phê có thể chín từ từ và tự nhiên, được che chở khỏi ánh nắng mạnh và mưa nhiệt đới.

Cà phê Arabica và Canephora mọc tự nhiên dưới tán rừng nhiệt đới, một môi trường không đồng nhất (Charrier và Berthaud, 1988). Tuy nhiên, quyết định canh tác cà phê dưới bóng râm cần phải được đưa ra sau khi xem xét nhiều khía cạnh bao gồm điều kiện môi trường, các ràng buộc kinh tế xã hội, các hệ thống sản xuất mà người sản xuất mường tượng, và chất lượng cà phê xanh cuối cùng, được kỳ vọng. Các đánh giá văn học đang cung cấp chi tiết về các tác động và ràng buộc của các hệ thống sản xuất có hoặc không có bóng râm (Muschler, 2004; DaMatta, 2004; Steiman, 2008).

Có nhiều đóng góp tích cực của cây bóng râm đối với hệ thống sản xuất cà phê như bảo vệ chống lại mưa lớn, nắng nhiệt đới, sương giá và các điều kiện khí hậu không thuận lợi khác, giảm căng thẳng của cây cà phê đối với các yếu tố sống và không sống, làm giàu đất trong chất hữu cơ và bảo vệ nó chống lại sự xói mòn. Trong trường hợp của các cây bóng râm thuộc họ đậu, một lượng đáng kể nitơ không khí được cố định và đóng góp vào sự phì nhiêu của đất. Sự phát triển của cỏ dại và sự cạnh tranh của chúng với cây cà phê bị hạn chế dưới bóng râm.

Tất cả những đóng góp tích cực này khiến cà phê dưới bóng râm trở thành một hệ thống bền vững và thân thiện với môi trường hơn so với hệ thống “toàn bóng mặt trời”. Tuy nhiên, người nông dân phải điều chỉnh bóng râm theo điều kiện cụ thể và mục tiêu của trang trại của họ. Cây bóng râm được quản lý không đúng cách có thể làm giảm đáng kể năng suất, làm trầm trọng tình trạng bùng phát sâu bệnh hoặc dịch bệnh, và cạnh tranh với cây cà phê về nước và dưỡng chất.

5.1 Lợi ích của cây xanh trên các trang trại cà phê

Việc bảo tồn và/hoặc trồng cây trên đất trồng cà phê mang lại lợi ích cho người nông dân, công nhân nông trại, cộng đồng địa phương, người tiêu dùng và xã hội nói chung. Mức độ của những lợi ích này phụ thuộc vào việc lựa chọn loại cây, cắt tỉa và quản lý khác, cũng như mật độ. Số lượng cây lý tưởng trên mỗi hecta đã được tranh luận nhiều. Mật độ lớn thông thường có nghĩa là nhiều lợi ích môi trường và xã hội hơn, như đa dạng sinh học, bảo vệ lưu vực sông, hấp thụ carbon, trái cây và củi đốt, và các hàng hóa khác. Nhưng quá nhiều cây sẽ hạn chế ánh nắng mặt trời đến các cây cà phê, làm giảm năng suất. Trong việc thiết lập tiêu chuẩn bền vững đầu tiên vào đầu những năm 1990, Mạng lưới Nông nghiệp Bền vững (SAN), cùng với người nông dân và nhà khoa học, kết luận rằng ở Mesoamerica, mật độ lý tưởng sẽ tạo ra 40% bóng mát. Hơn 40% bóng mát thường làm giảm năng suất; ít hơn 40% giảm giá trị môi trường sống cho đa dạng sinh học. Tiêu chuẩn đầu tiên yêu cầu ít nhất 40% mật độ, ít nhất 70 cây trên mỗi hecta và một sự pha trộn của ít nhất 12 loài bản địa (Jha et al., 2014; Tiêu chuẩn Mạng lưới Nông nghiệp Bền vững, 2010) .

Những người đặt tiêu chuẩn của SAN nhanh chóng nhận ra rằng lượng bóng mát mong muốn thay đổi từ một khu vực này sang khu vực khác và thậm chí từ trang trại này sang trang trại khác. Người nông dân, nhà nông học và người chứng nhận học cách điều chỉnh mật độ cây theo điều kiện cục bộ để tối đa hóa lợi ích. Ví dụ, Farfan (2013) đã chứng minh rằng, ở Colombia, một khu vực Arabica với độ bóng mát từ 30 đến 40% được tạo ra bằng Inga densiflora trồng cách nhau 12 m đã sản xuất ra 152% so với một hệ thống có độ bóng mát từ 60 đến 70% trồng cách nhau 6 m. Thông thường, giới hạn trên cho bóng mát chấp nhận được nằm giữa 40% và 70% (Beer et al., 1998) .

Việc lựa chọn loại cây bóng mát cũng quan trọng như mật độ trồng; chúng phải đáp ứng yêu cầu của hệ thống sản xuất và các ràng buộc môi trường. Cây bóng mát lý tưởng nên tạo ra một tán đều, có rễ sâu và phát triển nhanh. Các loài cây xanh quanh năm có khả năng chịu cắt tỉa mạnh để tạo ra lượng rơm lớn được ưa chuộng. Các loài cây đậu có khả năng cố định một lượng lớn nitơ thường được lựa chọn và chúng chủ yếu thuộc về chi Inga, Erythrina, Leucaena, Gliricidia và Albizzia.

Những người trồng cà phê quy mô nhỏ, thường dễ bị ảnh hưởng bởi biến động giá cả, có ít khả năng kỹ thuật và gặp khó khăn trong việc tài trợ phân bón và thuốc trừ sâu, thấy rằng hệ thống trồng trọt truyền thống với bóng mát và ít nguồn vốn là một hệ thống an toàn và bền vững hơn. Xem xét tác động tích cực của bóng mát đối với môi trường và đa dạng sinh học, các chương trình quốc tế đã được phát triển để thúc đẩy việc áp dụng và bảo tồn bóng mát trong các trang trại cà phê. Các chương trình chứng nhận cà phê bóng mát cung cấp cơ hội để bồi thường kinh tế cho những người nông dân vì dịch vụ đa dạng sinh học mà họ cung cấp thông qua việc trồng cây bóng mát (Perfecto et al., 2005).

Cây cung cấp một loạt các hàng hóa hữu ích cho nông dân và công nhân nông trại, bao gồm vật liệu xây dựng (ví dụ: gỗ, tre, và tre), trái cây, các loại thực phẩm khác, dầu và nhựa cây, và các loại cây dược, trang trí, và tâm linh. Hai loại hàng hóa rừng cực kỳ quan trọng là bảo vệ lưu vực sông và củi đốt. Các trang trại có rừng có nhiều nước hơn và thường duy trì lưu vực sông cho cộng đồng ở dưới lưu. Củi đốt là nguồn năng lượng chính của nhiều khu vực trồng cà phê, và ngày càng khan hiếm. Các mảnh rừng và vùng khu vực bảo vệ làm cho trang trại ít dễ bị tổn thương hơn khi xảy ra các hiện tượng thời tiết cực đoan, lũ lụt và lở đất. Bằng cách trồng cây đa dụng, nông dân có thể đa dạng hóa thu nhập thông qua việc bán vật liệu xây dựng, trái cây, hoa như hoa lan và các sản phẩm khác. Người trồng cà phê làm giàu đất đai của họ bằng các loại cây như sầu riêng (Durio zibethinus) hoặc đậu phụng (Parkia speciose) ở châu Á, chuối, cam, hạt macadamia và nhiều loại cây khác. Các mảnh đất đa dụng có thể mang lại lợi nhuận và an toàn hơn cho nông dân (Male´zieux et al., 2009).

Cây bóng mát phải được lựa chọn một cách thích hợp để phù hợp với yêu cầu của hệ thống sản xuất và các ràng buộc môi trường (Descroix và Wintgens, 2004; Lambot và Bouharmont, 2004). Quyết định về việc áp dụng bóng mát vào một trang trại nên được đưa ra sau khi xem xét cẩn thận về các ràng buộc và mục tiêu của trang trại (Muschler, 2004; DaMatta, 2004). Việc áp dụng hệ thống sản xuất bóng mát hoặc nắng mặt trời nên được đưa ra sau khi phân tích sâu sắc và hiểu biết về một số tham số. Muschler (2004) đề xuất xem xét một số tham số để hướng dẫn quyết định:

Hệ thống nắng mặt trời có thể được áp dụng khi điều kiện môi trường là lý tưởng và/hoặc các thực hành nông nghiệp cường độ (phân bón, thuốc trừ sâu, tưới tiêu) có thể được áp dụng. Điều này sẽ dẫn đến một hệ thống sản xuất cường độ trong đó đa dạng sinh học không phải là ưu tiên.
Hệ thống bóng mát sẽ được khuyến khích khi điều kiện môi trường không lý tưởng và/hoặc các thực hành nông nghiệp để tăng cường không được đảm bảo. Điều này dẫn đến một hệ thống đa dạng và thân thiện với môi trường hơn, trong đó đa dạng sinh học đóng một vai trò quan trọng.

5.2 Bóng mát và chất lượng cà phê

Bóng mát dường như mang lại lợi ích lớn nhất của nó trong hương vị của hạt cà phê cho các cây mọc trong các vùng môi trường phát triển không lý tưởng và bị ảnh hưởng bởi nhiệt đới, nơi mà bóng mát có thể đưa điều kiện môi trường gần với mức độ lý tưởng (Muschler, 2001). Điều này cho thấy rằng bóng mát có thể đặc biệt quan trọng để duy trì chất lượng cà phê trong bối cảnh biến đổi khí hậu, đặc biệt là ở các vùng có dự kiến tăng nhiệt độ trong các kịch bản khí hậu tương lai (Jha et al., 2014). Được chấp nhận rộng rãi rằng trọng lượng quả và kích thước hạt tăng dưới bóng mát, tỷ lệ tăng có thể khác nhau tùy theo các loại cà phê.
Vaast và cộng sự (2006) quan sát thấy rằng nơi mà loại Arabica được trồng dưới bóng mát ở độ cao 1180 m ở Costa Rica, tích cực ảnh hưởng đến kích thước hạt và chất lượng đồ uống. Những đặc tính tiêu cực như đắng và cảm giác chát hơn ở cà phê trồng dưới ánh nắng mặt trời và những đặc tính tích cực như axit và do đó sự ưa chuộng cao hơn ở hạt cà phê trồng dưới bóng mát. Sự chín muộn của quả cà phê bị trì hoãn đến 1 tháng dưới bóng mát và thành phần hạt cà phê được sửa đổi đáng kể.

Muschler (2004) so sánh kết quả thu được từ một số nghiên cứu về bóng mát đối với chất lượng cà phê và đưa ra giả thuyết rằng các thuộc tính cảm quan có thể được cải thiện thông qua việc trì hoãn chín do bóng mát và các tác động vi mô khí hậu của nó. Điều này có thể là lý do chính cho việc cải thiện chất lượng của cà phê được trồng trong điều kiện môi trường không lý tưởng.

6. Yêu cầu Đất, Phân bón và Chất lượng cà phê

Cây cà phê chịu đựng một loạt các loại đất, miễn là chúng sâu, có khả năng thoát nước tốt và cân bằng tốt về cấu trúc. Đất núi lửa đặc biệt phù hợp cho cà phê. Các phương pháp nông nghiệp nên bảo tồn tính phì nhiêu của đất, đó là tài sản của người trồng cà phê. Nỗ lực nên được dành để bảo tồn và nếu có thể tăng cường chất hữu cơ trong đất để thúc đẩy sự sống vi sinh và khả năng trao đổi. Mỗi khi một loại đất bị cạn kiệt, người ta thấy chất lượng cà phê bị ảnh hưởng. Ngược lại, cây cà phê sẽ khỏe mạnh hơn trên một loại đất giàu chất hữu cơ hoạt động, chúng sẽ có tỷ lệ diện tích lá/qua tốt hơn dẫn đến chất lượng tốt hơn.

Tính chất của đất quyết định độ phì của nó.

Đất là nguồn dự trữ chính của khoáng chất dinh dưỡng cho cây trồng. Rễ mọc và hấp thụ nước và chất dinh dưỡng theo các tính chất vật lý, hóa học và sinh học của đất. Đối với hầu hết các vùng trên thế giới nơi cà phê được trồng, các nguồn dự trữ dinh dưỡng trong đất không đủ để hoàn toàn đáp ứng nhu cầu của cây cà phê. Vì lý do này, việc cung cấp liên tục đất một cách cân đối với lượng phân bón hữu cơ và vô cơ là cần thiết.

6.1 Chiến lược và phương pháp bón phân

Sản lượng có thể giảm đáng kể ở những vùng đất nghèo dinh dưỡng nếu các yếu tố hạn chế không được điều chỉnh hợp lý. Trong Hình 2.5 minh họa năng suất tăng lên như thế nào khi đất được bón phân với các chất dinh dưỡng cơ bản bao gồm các nguyên tố nitơ, phốt pho và kali. Ảnh hưởng của khủng bố và năm được minh họa. Rõ ràng, ngay cả khi năng suất tổng thể thấp do các yếu tố khác, việc bón phân vẫn giúp tăng năng suất.

Việc sản xuất cà phê xanh dẫn đến sự cạn kiệt chất dinh dưỡng trong đất. Sự suy giảm này cần được bù đắp bằng một giải pháp thích hợp. Đối với cà phê Robusta và Arabica, việc sản xuất 1 tấn cà phê bán trên thị trường dẫn đến lượng chất dinh dưỡng bị suy giảm (kg chất dinh dưỡng) như sau:

Lượng chất dinh dưỡng bị suy giảm khi trồng cà phê

Theo kết quả của nghiên cứu dài hạn, đã xác định các cơ bản của việc bón phân cho cà phê, lấy những yếu tố như độ phì nhiêu của đất và các thông số như tuổi của cây cà phê, mật độ trồng và mức độ tăng cường vào xem xét. Nghiên cứu đã cho phép phát triển phần mềm phân tích sử dụng dữ liệu phân tích đất kết hợp với các thông số đa yếu tố để xác định các công thức bón phân “tùy chỉnh”. Các hệ thống này được áp dụng ở các quốc gia sản xuất cà phê khác nhau, nơi các viện nghiên cứu địa phương hợp tác với ngành cà phê (SIASCAFE´-Cenicafe´, FERTI-UFV) và cung cấp dịch vụ để xác định các công thức bón phân dựa trên một hệ thống đa yếu tố. Nó xem xét thông tin chung về cây trồng và môi trường, sự cần thiết để cải thiện độ axit của đất (pH), và cuối cùng làm rõ công thức phân bón.

Các tính toán dựa trên yêu cầu của cà phê và kinh nghiệm thu được về điều kiện đất lý tưởng dẫn đến sản xuất tối ưu. Nói chung, cà phê yêu cầu một loại đất có độ pH từ 5.0 đến 6.0, sự cân bằng giữa K:Ca:Mg gần 1:12:3 và các đặc tính khác, được ghi chép rõ ràng (Sadeghian, 2008).

Tất cả các chương trình đào tạo đều khuyến nghị người nông dân lấy mẫu đất và cho phòng thí nghiệm có năng lực phân tích trước khi mua và áp dụng phân bón, cụ thể là được soạn thảo cho nhu cầu của đất đó. Ngày nay, phần mềm cụ thể được sử dụng để xác định các thành phần như vậy. Chúng soạn thảo công thức bón phân bằng cách sử dụng phân bón có sẵn. Chúng cũng cung cấp các khuyến nghị về cách áp dụng chúng vào đất và phân phối chúng trong suốt chu kỳ mùa vụ để cố gắng tối ưu hóa việc cung cấp dinh dưỡng cho cây, giảm thiểu mất mát do bay hơi và rửa trôi. Nếu cần thiết, các khuyến nghị sẽ bao gồm việc điều chỉnh độ pH bằng cách sử dụng vôi hoặc dolomite. Vai trò có lợi của chất hữu cơ cũng được xem xét và là một phần của chiến lược.

Đối với những người nông dân không có quyền truy cập vào các công cụ như vậy, phân bón thương mại được công thức hóa cho cà phê trong hầu hết các điều kiện có sẵn. Những loại phân này thường chứa giữa 17% và 25% nitơ (N) và kali (K2O), giữa 3% và 6% photpho (P2O5), và lên đến 4% magiê (MgO) và lưu huỳnh (S), và đôi khi có thêm vi lượng như kẽm và boron (lên đến 0.2%). Một lựa chọn khác, khi phân tích đất không có sẵn, là chuẩn bị công thức phân bón tại trang trại bằng cách pha trộn phân bón đơn giản. Ví dụ, bốn đến sáu lượng urea có thể được pha trộn với một lượng diammonium photphat và bốn đến năm lượng kali clorua (KCl).

Cây cà phê cũng có thể được bón qua lá của chúng. Bón lá thường được sử dụng để bù đắp cho các thiếu hụt về vi lượng như kẽm, boron, sắt và mangan. Những thiếu hụt vi lượng này được xác định bằng các triệu chứng hiển nhiên trên lá hoặc bằng phân tích thành phần sinh hóa của lá. Phân tích lá là một cách hiệu quả để theo dõi sức khỏe và tình trạng dinh dưỡng của cây cà phê, đặc biệt là trong các hệ thống sản xuất tập trung.

6.2 Phân bón và Chất lượng cà phê

Thành phần hóa học của hạt cà phê xanh là một yếu tố quan trọng trong việc xác định chất lượng đồ uống (Joe¨t et al., 2010; xem thêm Chương 12). Phân bón có thể ảnh hưởng đến thành phần hóa học này (dos Reis et al., 2011) và do đó ảnh hưởng đến chất lượng cà phê cuối cùng trong cốc. Trong số các vi lượng chất dinh dưỡng, những chứa nitơ và kali thường là những chất chiếm ưu thế nhất trong hạt, thường được theo sau bởi canxi, magiê, photpho và lưu huỳnh. Đối với vi lượng, nồng độ sắt và mangan thường cao hơn so với kẽm, đồng, boron, molybdenum và clo. Bảng 2.4 tóm tắt các tác động chính quan sát được cho mối quan hệ giữa phân bón và chất lượng cà phê. Đánh giá này cho thấy rằng ảnh hưởng tiêu cực và tích cực có thể được quan sát và rằng cần có thêm nghiên cứu để hiểu rõ hơn sự phức tạp của mối quan hệ giữa chất lượng cà phê và dinh dưỡng cây .

6.3 Bảo tồn Đất đai cho Sản xuất bền vững

Đất đai khỏe mạnh là nền tảng của nông nghiệp và thậm chí là của nền văn minh chính mình. Các phương pháp truyền thống thông thường của cày xới đất làm tăng hiện tượng xói mòn và suy thoái đất, đe dọa nông nghiệp và xã hội. Rủi ro này đã được biết đến và nghiên cứu từ thời Plato và Aristotle (Montgomery, 2007). Hiện tượng xói mòn đất đã đi kèm với sự suy thoái của các nền văn minh ở Trung Đông, Hy Lạp, La Mã, Mesoamerica và các khu vực khác. Lớp đất màu mỡ mất hàng thế kỷ hoặc thậm chí hàng thiên niên kỷ để hình thành có thể bị rửa trôi hoặc thổi bay sau khi các dốc đồi bị phá rừng, hoặc trong vài mùa quản lý nông trại kém chất lượng. Nhiều đánh giá xếp loại suy thoái đất là một trong những thách thức lớn nhất, thậm chí là mối đe dọa đối với xã hội trong thế kỷ này (Scholes và Scholes, 2013; Food Agricultural Organization e Natural Resource Management and Environment Department; IAASTD, 2009).

Mặc dù thực vật rừng mưa phong phú gợi ra sự giàu có của đất, nhưng hầu hết rừng nhiệt đới duy trì chu trình dinh dưỡng trên mặt đất; lá rụng và các vật liệu hữu cơ khác nhanh chóng bị phân hủy và tái sử dụng. Khi cây cà phê được vận chuyển khắp các vùng nhiệt đới, chúng đã đặt chân lên nhiều loại đất khác nhau. Cà phê thường được trồng trong các hệ thống rừng ngập mặn nơi cây bóng được duy trì hoặc, ngày càng nhiều, trên các cánh đồng mở và bị phá rừng, nơi cây cà phê và đất đai phơi mình dưới ánh mặt trời xích đạo, mưa mùa, gió mùa và các sự kiện tự nhiên khác. Cà phê thường được trồng trên dốc đồi dốc đứng, tăng nguy cơ xói mòn.

Mặc dù đã có những tiến bộ đáng kể trong khoa học đất đai và vô số chương trình giảng dạy các phương pháp bảo tồn đất đai, xói mòn vẫn vượt trội so với sự tích tụ đất trên mặt đất từ một đến hai bậc độ trên toàn thế giới, kể cả ở các nước phát triển có công nghệ nông nghiệp hiện đại. Tỷ lệ xói mòn đất rất biến đổi giữa các trang trại cà phê, thậm chí giữa các trang trại lân cận và các phần khác nhau của cùng một trang trại, nhưng hầu hết các trang trại cà phê đều có tỷ lệ mất đất trên mức tối ưu và tất cả nhà nông phải liên tục nỗ lực để duy trì đủ độ mùn.

Xói mòn không chỉ là vấn đề trên trang trại. Các hạt lắng, thường chứa các hóa chất nông nghiệp, làm ô nhiễm dòng suối, hồ và vùng đất ngập nước, làm ngạt sự sống dưới nước và ô nhiễm nguồn nước uống. Miguel Araujo, người từng là bộ trưởng môi trường El Salvador, nhớ lại: “Đại diện của ngành công nghiệp đánh cá cảm ơn hiệp hội trồng cà phê vì đã giúp duy trì một ngành đánh cá ngoài khơi hiệu quả. Bởi vì các trang trại kiểm soát xói mòn và sử dụng hóa chất nông nghiệp, nước chảy từ vùng cao nguyên El Salvador đến Đại Tây Dương sạch hơn nước chảy ra từ các khu vực nông nghiệp hoặc đô thị khác.”
Đặc tính đất đai đã được định vị ở hầu hết các quốc gia, bao gồm gần như mọi vùng trồng cà phê. Có rất nhiều kiến thức về loại đất nào phù hợp nhất cho cà phê, và cách sửa đổi và duy trì đất để tăng năng suất và chất lượng cây trồng. Các nhà nông học của chính phủ; các cơ quan đa phương như Tổ chức Nông nghiệp và Lương thực Liên Hợp Quốc (FAO); các cơ sở nghiên cứu nông nghiệp như Trung tâm Hợp tác Nông nghiệp Quốc tế cho Phát triển (CIRAD), Trung tâm Nghiên cứu Nhiệt đới về Công nghệ và Giáo dục (CATIE), và Viện Hợp tác Nông nghiệp Châu Mỹ (IICA); các tổ chức xã hội dân sự như Solidaridad, Technoserve, và các nhóm thiết lập tiêu chuẩn; các hiệp hội trồng và các chương trình đào tạo của các công ty rang xay và giao dịch cà phê đều biết những gì cần thiết cho dinh dưỡng cây cà phê trên mỗi loại đất. Tuy nhiên, cũng quan trọng là đảm bảo người nông dân nhận được thông tin này và có thể áp dụng nó.

Các chương trình đào tạo chứng nhận của chính phủ và tư nhân đưa bảo tồn đất đai trở thành một yêu cầu để tham gia và tiếp cận các lợi ích và thị trường của chương trình. Tiêu chí chứng nhận và/hoặc các yếu tố đào tạo bao gồm việc lập kế hoạch bảo tồn đất, phân tích đất, làm giàu hữu cơ, trồng đường cong và bậc thang, rào sống và cây che phủ để kiểm soát xói mòn, và tái rừng nơi thực tế.
Dinh dưỡng đất đai là yếu tố quyết định giới hạn năng suất và do đó lợi nhuận cho nhiều nông dân cà phê. Vì phân bón đắt đỏ, chỉ có những người nông dân làm ăn tốt mới có thể chi trả được. Một số chính phủ, như Rwanda, và một số hiệp hội cà phê quốc gia trợ cấp phân bón. Phân bón mang theo một số rủi ro đối với sức khỏe con người và phải được xử lý cẩn thận. Phân bón có thể làm ô nhiễm dòng suối, đất ngập nước và nguồn nước ngầm; việc sử dụng các phương pháp tốt nhất trong việc áp dụng có thể giảm thiểu những nguy hiểm này. Giúp nông dân sử dụng ít phân bón một cách hiệu quả hơn, tìm kiếm nguồn nguyên liệu thay thế và áp dụng các kỹ thuật quản lý nông nghiệp hữu cơ là chìa khóa cho tương lai của nghề trồng cà phê.

7. Kiểm soát Sâu bệnh và Dịch bệnh để cải thiện chất lượng cà phê

Sản xuất cà phê có khả năng sinh lời và lợi nhuận phải được cung cấp đầy đủ chất dinh dưỡng và được bảo vệ khỏi sâu bệnh. Đa số nhà nông có khả năng chi trả cho hóa chất nông nghiệp sử dụng chúng để tăng năng suất và thu nhập cũng như bảo vệ đầu tư của họ. Vụ mùa cà phê là nguồn thu nhập duy nhất cho hàng triệu nông dân và có thể bị tiêu diệt bởi côn trùng hoặc nấm mốc. Tình hình này rất quan trọng với nhà nông vì các nhà khoa học dự đoán rằng chu kỳ truyền thống của sâu bệnh có khả năng bị tổn thương nghiêm trọng hơn do biến đổi khí hậu. Sự bùng phát của bệnh rỉ cà phê bắt đầu từ năm 2013 và lan rộng khắp Trung Mỹ và miền Nam Mexico đã là một lời nhắc nhở rõ ràng về sự yếu đuối của ngành trồng cà phê. Khoảng 4 triệu người trong khu vực đó phụ thuộc vào cà phê, chỉ riêng Guatemala đã có nửa triệu người. Các nhà nông báo cáo mất mát từ 30 đến 70% và nhiều người phải đóng cửa cửa hàng. Mặc dù không có bằng chứng cho thấy bệnh tật hoặc sâu bệnh có thể ảnh hưởng trực tiếp đến tổng hợp hoặc tích lũy của các chất chuyển hóa cụ thể trong hạt cà phê, sự xuất hiện và kiểm soát của chúng là rất quan trọng đối với chất lượng cà phê. Nấm và côn trùng có thể ảnh hưởng đến cây và quả cà phê một cách mạnh mẽ đến mức ảnh hưởng đến sự phát triển và chất lượng của hạt cà phê.

Trong một số trường hợp, ngay cả các nhiễm trùng nhỏ hoặc ký sinh trùng cũng có thể ảnh hưởng đến các đặc tính vật lý của hạt cà phê hoặc tiềm năng chất lượng của cà phê xanh. Một phần lớn hạt cà phê lỗi hỏng được tạo ra bởi nhiễm nấm hoặc ký sinh trùng côn trùng trong quá trình chín hạt. Trong số 16 bệnh nấm thông thường được công nhận trên toàn cầu, có 5 loại tấn công quả cà phê. Đối với côn trùng, trong số 19 loại sâu bệnh được báo cáo trong các vườn cà phê, một loại gây ra tổn thất chính cho hạt cà phê: sâu bệnh quả cà phê (CBB) (Hypothenemus hampei). Tuy nhiên, một số loại côn trùng cũng có thể đóng vai trò quan trọng tại địa phương trong việc gây tổn thất trực tiếp cho quả cà phê hoặc thông qua nhiễm ký sinh trùng vi khuẩn dẫn đến hương vị không tốt. Tổng quát, sự tổn thất của sâu bệnh và bệnh tật trên cây cà phê sẽ làm cho chúng yếu đuối và ảnh hưởng đến cả năng suất và chất lượng cà phê. Sự rụng lá mạnh liên quan đến nhiễm bệnh rỉ cà phê (Hemileia vastatrix) hoặc tấn công của bướm đêm (tức là, Leucoptera caffeina), đôi khi thậm chí dẫn đến cái chết của cây. Có những bài đánh giá về văn học xuất sắc mô tả các sâu bệnh chính và bệnh tật ảnh hưởng đến cà phê Arabica và Robusta trên thế giới, cung cấp thông tin về triệu chứng, tổn thất và phương pháp kiểm soát (Waller et al., 2007; Gaitan et al., 2015).

Trong nông nghiệp cà phê, nhiễm nấm trên quả cà phê thường bắt đầu bằng việc xâm nhập vào mô mềm của quả (mesocarp). Nhiễm trùng trong giai đoạn sớm của quả có thể khiến nó rụng, nhưng ở giai đoạn sau, nó có thể không thể nhận thấy vì sự xâm nhập của nấm có thể chỉ ở mức bề mặt và quá trình tách hạt sẽ loại bỏ các mô bị ảnh hưởng, tạo ra hạt sạch. Tuy nhiên, với các nhiễm trùng mạnh mẽ hơn, lớp vỏ (endocarp) và hạt (endosperm) bị ảnh hưởng, dẫn đến việc tách hạt một phần do mesocarp bám vào endosperm. Vết nấm trên hạt xảy ra do sự hình thành các hợp chất polyphenolic hoặc mô đen thối nảy sinh do việc nấm tiêu thụ hạt. Mặc dù sự phát triển của nấm dừng lại khi độ ẩm của hạt dưới 12%, nhưng hậu quả vẫn tồn tại, tạo ra hiệu ứng thẩm mỹ tiêu cực. Sự suy giảm của các thành phần endosperm như đường, hoặc sự tích tụ của các chất chuyển hóa của nấm, dẫn đến cà phê chất lượng thấp với đặc tính cốc cà phê cay và gỗ (De Lima et al., 2012).

Bệnh vết nâu hoặc iron spot (Cercospora coffeicola) là vấn đề phổ biến nhất trên quả cà phê trên toàn thế giới và sự liên kết của nó với tình trạng dinh dưỡng kém của vườn cà phê rất được biết đến, đặc biệt là đối với tình trạng thiếu hụt nitơ. Nấm tạo ra các vết đỏ từ quá trình chín sớm được kích thích sau đó chuyển sang màu nâu và sưng tấy (Hình 2.7). Thời kỳ khô càng làm cho vấn đề trở nên quan trọng hơn. Điều này có nghĩa là hành động đầu tiên cần thực hiện là cải thiện tình trạng dinh dưỡng của cây, cung cấp phân bón dưới điều kiện độ axit đất và khả năng cung cấp nước phù hợp. Thật không may, khi tình trạng dinh dưỡng kém là kết quả của sự phát triển rễ kém, sự ký sinh trùng của sâu đục rễ hoặc côn trùng hút rễ (Dysmicoccus brevipes hoặc Puto barberi), việc sửa đổi trở nên khó khăn hơn vì cây không thể hấp thụ phân bón một cách hiệu quả. Đối với sâu đục rễ và côn trùng hút rễ, việc kiểm soát hóa học có thể giảm thiểu các quần thể trong một khu vực và cải thiện quá trình hấp thụ chất dinh dưỡng của cây. Nói chung, việc tăng cường bóng râm sẽ làm chậm quá trình trao đổi chất của cây, giảm yêu cầu khoáng chất và do đó giảm sự xuất hiện của bệnh (Hình 2.7).

Bệnh nấm trên quả cà phê (Colletotrichum kahawae) là một tác nhân gây hại tàn phá đến nay chỉ xuất hiện ở châu Phi. Ở dạng nặng hơn, nấm xâm nhập vào quả cà phê trong giai đoạn xanh (4-14 tuần sau khi nở hoa) tạo ra các vết nâu đậm cuối cùng phủ lên quả cà phê và ảnh hưởng đến sự phát triển và chất lượng của hạt. Một cuộc tấn công nhẹ hơn dẫn đến sự hình thành một mô vỏ (một vết sẹo) nơi nhiễm trùng vẫn ẩn sau đến khi quả chín, ảnh hưởng chủ yếu đến mô thịt nhưng không ảnh hưởng đến hạt. Việc sử dụng thuốc trừ nấm định kỳ là cần thiết để kiểm soát bệnh. Các biến thể được lai tạo với khả năng chống lại gen đã có sẵn từ lâu và cung cấp một giải pháp hiệu quả hơn (Hình 2.7).

Bệnh nấm ảnh hưởng đến quả cà phê và tạo ra những hạt cà phê bị lỗi ảnh hưởng đến chất lượng tách cà phê. Từ trái sang phải: đốm sắt (vết loét màu đỏ do chín sớm) và đốm dầu (vết loét màu xám) trên cùng một quả cà phê; Đốm lá châu Mỹ hình thành các hạt hình kim nhô ra khỏi vết bệnh; bệnh hồng, có lớp vỏ màu hồng đặc trưng mọc trên cành.

7.2 Côn trùng chính ảnh hưởng đến hạt cà phê và quả cà phê

Côn trùng nhỏ bọ cà phê (Hypothenemus hampei) có khả năng phát hiện quả cà phê từ xa vì chúng là loài chủ duy nhất của chúng. Chúng đào một lỗ ở đỉnh quả cà phê (Hình 2.8) và tạo một đường hầm vào hạt cà phê, mở ra cơ hội cho vi khuẩn và nấm gây nhiễm trùng. Chúng sẽ đẻ trứng bên trong hạt cà phê, nơi ấu trùng sẽ ăn, làm hỏng cấu trúc và thành phần của endosperm. Một cốc cà phê được chuẩn bị với tới 50% hạt cà phê bị nhiễm bệnh CBB loại 2 (Hình 2.9) có thể có chất lượng chấp nhận được cho thị trường cà phê (Castan˜o-Castrillo´n và Torres, 1997), nhưng sự hiện diện của các loại 3 và 4 thường gây ra sự từ chối do sự xuất hiện của hương vị không mong muốn như vị lên men hoặc mốc (Montoya, 1999). Đối với thị trường cà phê cao cấp, sự dung thứ với tổn thất do CBB là không đáng chút nào. Ngay cả trong hạt cà phê dùng cho mục đích cà phê tan lạnh đông, sự nhiễm trùng CBB loại 3 sẽ tạo ra chất lượng rất kém (Castan˜o-Castrillo´n và Quintero, 2004). CBB không chỉ ảnh hưởng đến chất lượng cà phê, mà còn làm giảm trọng lượng hạt dẫn đến giảm giá trị thị trường. Quả cà phê bị nhiễm trùng mất trọng lượng trung bình 10,82%, lên đến 45,12% (Montoya, 1999), có nghĩa là một nông dân có thể mất gần một nửa sản lượng dưới sự tấn công dữ dội. Ngoài ra, chỉ có 1,5% hạt cà phê bị lỗi được phép xuất khẩu. CBB cũng có thể tạo ra vấn đề an toàn thực phẩm vì nó tạo điều kiện cho sự phát triển của nấm (Aspergillus ochraceus, A. niger và Penicillium viridicatum) gây ra quá trình tổng hợp ochratoxin, một chất gây ô nhiễm nghiêm trọng (Vega và Mercadier, 1998; Velmourougane et al., 2010).

Bọ cà phê CBB đã lan rộng từ trung tâm nguồn gốc của chúng ở châu Phi đến mọi quốc gia sản xuất cà phê trên toàn thế giới, với việc giới thiệu cuối cùng được ghi nhận tại quận Kona trên đảo Hawaii vào năm 2010 (Burbano et al., 2011). Vì chưa có sự kháng cự di truyền hiệu quả nào được xác định cho CBB, quản lý côn trùng kết hợp các phương pháp nông nghiệp, kiểm soát sinh học và hóa học là cần thiết để duy trì mức độ nhiễm trùng dưới 5% trên cánh đồng.

7.3 Những lo ngại về môi trường và an toàn về bảo vệ thực vật

Nói rõ hơn trong Chương 4, việc ô nhiễm cà phê bởi các dư lượng thuốc trừ sâu đang trở thành một vấn đề ngày càng lớn đối với chất lượng cà phê. Tiêu chuẩn chất lượng cà phê ngày càng tăng và sự bùng phát của sâu bệnh do biến đổi khí hậu có thể thúc đẩy việc sử dụng thuốc trừ sâu hơn. Tuy nhiên, so với các loại cây trồng khác, việc sử dụng thuốc trừ sâu trên cà phê khá thấp, có nghĩa là dư lượng thuốc trừ sâu hiếm khi được tìm thấy trong hạt cà phê trước khi rang. Do đó, quan trọng để tiến hành nghiên cứu về các phương pháp thay thế hữu cơ, bền vững với môi trường và chi phí thấp có thể đảm bảo một quá trình sản xuất cà phê sạch hơn và an toàn hơn, bảo vệ không chỉ môi trường mà còn sức khỏe con người và chất lượng cà phê. Các tiến triển hiện tại về sản phẩm tự nhiên và sinh học để kiểm soát bệnh và sâu bệnh, kết hợp với cơ chế tự vệ có mặt trong cây cà phê, đang tạo ra những triển vọng tích cực. Chúng cần được kết hợp với các phương pháp nông nghiệp phòng ngừa dựa trên dự báo thời tiết và quản lý tài nguyên tốt hơn trên nông trại. Việc xác định sớm và chính xác sâu bệnh và bệnh tật trên vườn cà phê là cần thiết để xác định các biện pháp sửa đổi thích hợp. Chương 4 cũng mô tả quản lý nấm và côn trùng bằng cách sử dụng kiểm soát sinh học.

Tại cấp độ nông trại, thuốc trừ sâu đặt ra nguy cơ đáng kể đối với sức khỏe con người và môi trường. Các chương trình chứng nhận, quy định của chính phủ và các chương trình mở rộng và đào tạo cố gắng giảm thiểu các rủi ro này thông qua một phương pháp đa diện thường bao gồm các yếu tố sau:

Cấm sử dụng các hóa chất độc hại nhất và nguy hiểm nhất. Các loại thuốc trừ sâu nổi tiếng như dichlorodiphenyltrichloroethane chủ yếu bị cấm trong sản xuất cà phê, và có các chiến dịch để loại bỏ việc sử dụng các loại thuốc trừ sâu có nguy cơ cao khác như endosulfan, một sản phẩm được sử dụng để kiểm soát CBB (Hypothenemus hampei). Các phân tử thay thế an toàn hiện đã có sẵn như thành phần hoạt tính cyantraniliprole đã được đăng ký gần đây (2014) bởi các cơ quan chức năng Brazil. Các loại thuốc trừ sâu khác bị cấm hoặc đang bị loại bỏ bao gồm chlorpyrifos và các hợp chất organophosphates loại 1a (cực kỳ nguy hiểm) như methyl parathion và disulfoton.

Dạy nông dân theo dõi sâu bệnh và bệnh tật và sử dụng các biện pháp cơ học, sinh học hoặc văn hóa trong khả năng có thể. Áp dụng hóa chất chỉ khi không còn cách nào khác và sử dụng sản phẩm ít độc hại nhất chỉ khi và nơi cần thiết. Đây là nguyên tắc của một hệ thống gọi là quản lý cận lâm sàng, có thể giảm thiểu sự phụ thuộc vào và các nguy cơ của thuốc trừ sâu.

Sử dụng các phương pháp tốt nhất trong việc lưu trữ, vận chuyển, pha trộn và sử dụng các hóa chất nông nghiệp để giảm thiểu các mối đe dọa đối với sức khỏe con người và môi trường.
Không sử dụng hóa chất nông nghiệp gần khu vực ở, khu vực làm việc hoặc dọc theo dòng suối và các cơ thể nước khác.

8. Triển vọng

Những người nông dân cà phê đối mặt với những thách thức mạnh mẽ và đa dạng trong đó biến đổi khí hậu đóng một vai trò quan trọng. Mặc dù có nhiều nỗ lực để cung cấp thông tin mới và công cụ cho nông dân, nhưng việc tiếp cận hàng triệu người nông dân nhỏ lẻ ở vùng sâu vùng xa là khó khăn. Cần phải tạo điều kiện để chuyển giao các giải pháp có sẵn cho những người sản xuất cà phê nhỏ lẻ để tránh việc bỏ trồng cà phê và những rối loạn xã hội sẽ theo sau. Nếu năng suất bị ảnh hưởng, không nghi ngờ rằng chất lượng sẽ bị ảnh hưởng nhiều hơn vì chúng ta đã biết rằng chất lượng được đạt được thông qua tối ưu hóa các yếu tố khác nhau. Việc bảo quản hoặc phục hồi tính phì nhiêu của đất sẽ là một trong những vấn đề nghiêm trọng cần được giải quyết ở các khu vực chính sản xuất cà phê trong những thập kỷ tới. Sử dụng cường độ cao thuốc trừ sâu và phân bón khoáng liên quan đến sự mất mát lớn về chất hữu cơ, dẫn đến sự kiệt quệ đất đai. Những hậu quả bao gồm sâu bệnh và bệnh tật đất nghiêm trọng như sâu đục rễ hoặc Fusarium sp., buộc hàng trăm nghìn người trồng cà phê tạm thời bỏ trồng cà phê, cố gắng khôi phục tính phì nhiêu của đất thông qua việc rảnh đất từ 2 đến 5 năm. Đặc tính của đất đã được ánh xạ ở hầu hết các quốc gia, bao gồm mọi khu vực trồng cà phê. Có rất nhiều kiến thức về loại đất nào phù hợp nhất cho cà phê và cách sửa đổi và duy trì đất để tăng năng suất và chất lượng nông sản. Nhưng thách thức là làm thế nào để truyền thông tin này đến nông dân một cách mà họ có thể chấp nhận, tiếp thu và áp dụng.

Hiện nay, việc xen canh và/hoặc trồng rừng hỗ trợ là một giải pháp tốt để bảo quản tính phì nhiêu của đất. Một số giải pháp thay thế hoặc bổ sung cho phân bón khoáng cũng cung cấp những phương pháp sáng tạo để kích thích vi sinh vật trong đất. Phân bón sinh học thương mại mới (ví dụ, vi khuẩn cộng sinh) có thể giúp cây cà phê tiếp cận các chất dinh dưỡng ít di động hơn (đặc biệt là photpho và nitơ). Các sản phẩm không vi sinh vật khác như than hoạt tính và phân trùn quế kích thích hoạt động vi sinh vật và có thể được sử dụng ở quy mô lớn. Một số sản phẩm sinh học hoạt động đã được phát triển bởi ngành hóa chất nông nghiệp và có thể cung cấp các giải pháp thay thế hoặc bổ sung cho thuốc trừ sâu hóa học. Đây là những hướng đi mới có thể chắc chắn đóng góp vào việc làm cho sản xuất cà phê bền vững hơn và ít gây hại cho môi trường.

Juan Diego Roman, một nhà nông học và người trồng cà phê thế hệ thứ ba tại Costa Rica, nói: “Trồng cà phê là một thách thức. Chúng tôi áp dụng kinh nghiệm gian khổ, tất cả những mẹo và kỹ thuật chúng tôi đã học được suốt nhiều năm. Nhưng vẫn còn rủi ro. Chúng tôi cần các nhà khoa học giúp giảm bớt sự không chắc chắn. Ví dụ, các nhà khoa học biết chính xác những chất dinh dưỡng mà một cây cà phê cần để tạo ra những quả cherry chất lượng cao. Nhà nông học dịch thông tin thành các thực hành mà nông dân có thể thực hiện, loại bỏ một phần công việc đoán mò trong việc bón phân. Với những thách thức như biến đổi khí hậu đang nâng cao rủi ro, chúng ta sẽ cần nhiều hơn là khoa học, nhiều thử nghiệm và trao đổi thông tin tốt hơn trong toàn bộ ngành cà phê.”