施用咖啡果皮对咖啡幼苗生长及土壤理化性状的影响

赵青云　邢诒彰　林兴军　孙燕　朱飞飞　龙宇宙　董云萍

摘 要 通过盆栽试验研究施用不同量的咖啡果皮对咖啡幼苗生长及土壤理化性状的影响。结果表明：施用5%（果皮与土壤质量比）以上咖啡果皮的咖啡幼苗地上部、根系干重，总根长，根系直径及根系总体积显著低于对照处理；随咖啡果皮施用量的增加，咖啡幼苗长势显著变差；施用5%以上的咖啡果皮可显著增加土壤碱解氮、速效磷、速效钾养分含量和土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，但土壤pH显著下降。综上所述，施用5%以上直接堆沤腐熟的咖啡果皮会抑制咖啡幼苗生长，降低土壤pH，但可显著提高土壤养分含量和土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，增加土壤养分有效性。

关键词 咖啡 ；咖啡果皮 ；土壤酶活性 ；肥料化利用

中图分类号 S571.2 ；S141.4 文献标志码 A Doi：10.12008/j.issn.1009-2196.2017.08.012

Abstract Pot experiments were carried out to investigate the effects of coffee fruit peel application on coffee seedlings growth and soil physiochemical characteristics. The main results obtained were listed as follows： application of coffee fruit peel over 5% （coffee fruit peel weight/soil weight） decreased coffee seedlings above-ground and root dry weights， total root length， average root diameter and root volume compared with control treatment； coffee seedlings growth weak with the increase of coffee fruit peel application； application of coffee fruit peel over 5% increased soil available nitrogen， available phosphate， available potassium， soil acidic phosphatase and urease activities， but decreased soil pH as compared with control. In conclusion， application of completely fermented coffee fruit peel over 5% could inhibit coffee seedlings growth， decrease soil pH， increase soil nutrient content， soil acidic phosphatase and urease activities.

Keywords coffee （Coffea canephora pierre） ； coffee fruit peel ； soil physiochemical characteristics ； fertilizer utilization

咖啡属茜草科（Rubiaceae）咖啡属（Coffea）多年生常绿灌木或小乔木，位居世界三大饮料之首。在中国海南、云南、广西和广东等热带亚热带地区广泛种植。目前云南和海南为中国咖啡主产地，全国咖啡种植面积12多万hm2，鲜果产量70多万t，总产值16.24亿元[1]，已成为老少边穷地区农民脱贫致富的主要经济来源，在国民经济和社会发展中占独特地位。

秸秆、果皮和果渣等农业副产物的资源化肥料化利用是实现减肥增效、绿色高效的有效途径之一。2015年农业部提出《到2020年化肥使用量零增长行动方案》要求，要减施化肥，增施有机肥。目前已有多个关于作物秸秆、果渣还田肥料化利用的报道。赵士诚等[2]通过大田试验研究表明，小麦-玉米轮作系统秸秆全量还田可提高土壤氮、磷含量，增加产量，但导致了钾消耗，降低了土壤pH。赵亚丽等[3]研究了秸秆还田对冬小麦-夏玉米一年两熟农田土壤微生物数量、酶活性和作物产量的影响，结果表明，深耕和秸秆还田可降低土壤容重，提高土壤有机碳含量，增加土壤微生物數量和作物产量。徐智等[4]研究表明，施用西番莲果渣有机肥能够促进西番莲纵、横径生长，从而促进西番莲果实生长发育。

Santos等[5]研究指出，咖啡果皮可用作覆盖物覆盖在土壤表面而起到抑制杂草生长的作用。然而，关于咖啡果皮肥料化利用鲜有报道。咖啡果实主要由果皮、种皮和种仁组成，每年加工鲜果后产生20多万t的咖啡果皮，造成较大的环境压力。咖啡果皮中含有大量的粗纤维、蛋白和矿物质，可做为一种潜在的肥料归还土壤[6]。笔者将咖啡鲜果加工后产生的果皮不经任何处理直接堆沤，充分腐熟，通过盆栽试验研究施用不同比例的咖啡果皮对咖啡幼苗生长、土壤养分状况、pH及土壤酶活性的影响，旨在为咖啡果皮肥料化利用和咖啡种植减肥增效提供理论参考。

1 材料与方法

1.1 材料

咖啡果皮：取咖啡初加工废弃鲜果皮，堆沤7～8个月至腐熟备用。腐熟的果皮全氮1.27%，P2O5 0.21%，K2O 0.76%，pH 4.3。

牛粪有机肥：经堆沤充分腐熟，有机质8.2%，全氮0.6%，P2O5 0.3%，K2O 0.4%。

供试咖啡品种为中粒种咖啡（Coffea canephora Pierre），种子用常温清水浸泡24 h，再用50%多菌灵可湿性粉剂500倍液浸泡30 min，播种于沙床，长出两片真叶时，挑选长势一致的幼苗备用。endprint

1.2 方法

1.2.1 试验处理

供试土壤为沙壤土，采自未种植过咖啡的次生林下，养分含量为全氮0.42 g/kg，速效磷7.00 mg/kg，速效钾168.00 mg/kg，pH 5.92。试验共设5个处理：（1）对照（CK，不施任何肥料及果皮）；（2）牛粪有机肥（COM，100 g/kg土）；（3）5%咖啡果皮（5%P，50 g/kg土）；（4）10%咖啡果皮（10%P，100 g/kg土）；（5）15%咖啡果皮（15%P，150 g/kg土）。每处理9个重复，即9盆，每盆移栽1株咖啡苗，试验重复3次，共135盆。每盆装风干土3.0 kg，装盆前土壤与腐熟的咖啡果皮或牛粪充分混匀。本盆栽试验于2016年9～11月在中国热带农业科学院香料饮料研究所温室大棚内进行。

1.2.2 指标测定

（1）植株生物量及根系生长参数。移栽2个月后，将盆钵轻轻倒扣，用自来水将根系冲洗干净。植株带回实验室，用吸水纸擦干，剪取根系，用EPSON根系扫描仪扫描，WINRhizo软件分析根系各生长参数。根系、地上部分别装入牛皮纸袋中，置烘箱中75℃烘至恒重，称量。每处理3个重复。

（2）土壤酶活性测定。2个月后，采用抖土法[7]，收集根系周围土壤，装入封口袋中带回实验室，室内自然风干，过筛备用。脲酶活性采用苯酚钠比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的微克数表示[8]，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二钠比色法，以2 h后1 g土壤中P2O5的微克数表示[9-10]。

（3）土壤养分含量和pH测定。土壤理化性质测定参照土壤农化分析[11]。利用玻璃电极酸度计测定水土比为2.5∶1（w/V）土壤悬液值即为土壤pH值。利用碱解扩散法测定土壤碱解氮；利用碳酸氢钠浸提土壤悬液并用钼锑抗比色法测定土壤速效磷；利用醋酸铵浸提土壤并用火焰分光光度计测定土壤速效钾。

1.2.3 数据分析

数据均采用SPSS软件（SPSS 20.0）进行ANOVA方差分析和多重比较（LSD， p≤0.05）。

2 结果与分析

2.1 施用咖啡果皮对咖啡苗生物量的影响

由图1可知，COM处理咖啡幼苗根系和地上部干重均显著高于对照和施用果皮的处理。随咖啡果皮施用量的增加，植株干重呈显著递减趋势。与对照相比，施用不同比例的果皮均显著降低咖啡根系干重，但施用5%咖啡果皮可显著提高植株地上部生物量。这说明施用一定比例的咖啡果皮可促进咖啡幼苗地上部生长，但施用比例超过5%会显著抑制咖啡幼苗生长。

2.2 施用咖啡果皮对咖啡苗根系生长的影响

由图2-A可知，COM处理总根长显著高于其它处理，CK与5%P处理之间差异不显著，但均显著高于10%P和15%P。COM、5%P、10%P和15%P处理咖啡苗总根长分别是对照的1.14、0.94、0.61和0.46倍。不同处理之间根系平均直径无显著差异（图2-B）。各处理根系表面积为20.10～44.13 cm2，CK、COM和5%P处理差异不显著，但均显著高于10%P和15%P处理（图2-C）。图2-D表明， COM处理根系总体积最大， 5%P和10%P处理根系总体积无显著差异，但均显著高于处理15%P，低于CK和COM处理。与CK相比，5%P、10%P和15%P处理分别降低了19.76%、28.02%和47.41%。由此可见，施用牛粪有机肥可促进咖啡苗根系生长发育，但施用不同比例的咖啡果皮会抑制根系生长，随着施用比例的增加，抑制作用增强。

2.3 施用咖啡果皮对土壤养分及pH的影响

由图3-A可知，10%P和15%P处理土壤碱解氮差异不显著，分别为534.1 和560.7 mg/kg，显著高于其它处理。COM和5%P处理土壤碱解氮均显著高于对照，低于10%P和15%P处理。与对照相比，COM、5%P、10%P和15%P处理土壤碱解氮含量分别增加了1.24、1.35、4.13和4.39倍，表明施用咖啡果皮可显著提高土壤碱解氮含量。

由图3-B可知，COM、10%P和15%P处理土壤速效磷含量与对照相比显著增加，而5%P处理与对照相比无显著差异。COM处理土壤速效磷含量显著低于15%P处理，高于其它处理。这表明施用10%牛粪有机肥或者10%以上的咖啡果皮可显著提高土壤速效磷含量。

随咖啡果皮施用量的增加，土壤速效钾含量显著增加（图3-C）。COM、5%P、10%P和15%P处理土壤速效钾含量與对照相比，分别增加了0.32、0.31、1.28和2.18倍。对照、COM和5%P处理无显著差异。表明施用10%以上的咖啡果皮可大幅增加土壤速效钾含量。

不同处理之间土壤pH差异显著（图3-D）。COM处理土壤pH 6.2，显著高于对照（5.9）及施用咖啡果皮的处理。随咖啡果皮施用量增加，土壤pH显著下降，5%P、10%P和15%P处理与对照相比，分别下降了6.12%、10.17%和13.56%。综上，施用10%以上的咖啡果皮可大幅提高土壤有效氮、磷、钾养分含量，增加土壤养分有效性，但也会显著降低土壤pH，导致土壤酸化。

2.4 施用咖啡果皮对土壤酶活性的影响

由图4-A得出，施用咖啡果皮的处理（5%P、10%P和15%P）土壤脲酶活性最高，在7.61～7.73 μg NH3-N /g，无显著差异，但均显著高于CK和COM处理。与CK相比，处理COM、5%P、10%P和15%P土壤脲酶活性分别增加了1.93、5.99、6.06、6.10倍，表明施用牛粪有机肥和不同比例的咖啡果皮均可显著提高土壤脲酶活性，氮肥利用率提高。

10%P和15%P处理土壤酸性磷酸酶活性显著高于CK和COM处理，与5% P处理差异不显著（图4-B），表明施用5%以上的咖啡果皮可提高土壤酸性磷酸酶活性，土壤有机磷转化速度加快，土壤磷素有效性提高，利于咖啡幼苗吸收磷。endprint

3 讨论与结论

3.1 施用咖啡果皮对咖啡幼苗生长和土壤pH的影响

施用不同比例的咖啡果皮对咖啡幼苗生长影响不同。与对照相比，施用10%的牛粪有机肥可显著促进咖啡幼苗生长，而施用5%以上的咖啡果皮抑制幼苗生长。随果皮施用量增加，咖啡幼苗长势变差。线性分析结果显示，果皮施用量与咖啡幼苗根系及地上部干重呈显著负相关，相关系数分别为-0.99和-0.63。这说明，施用果皮对咖啡苗生长影响显著，不经任何处理直接堆沤腐熟的咖啡果皮并不能促进咖啡苗生长。

施用咖啡果皮与对照及牛粪有机肥处理相比，土壤pH显著下降（图3-D）。线性分析结果表明，果皮施用量与土壤pH呈显著负相关，相关系数为-0.99。另外，土壤pH与咖啡幼苗根系及地上部干重呈正相关，相关系数分别为0.99和0.60。这说明，施用直接堆漚腐熟的咖啡果皮会导致土壤pH下降，而土壤pH下降与咖啡幼苗长势变差密切相关。施用咖啡果皮造成土壤pH下降可能与咖啡果皮含有的一些物质或堆沤过程中产生的酸性物质有关。咖啡果皮堆沤前与堆沤后物质变化有待进一步深入研究。另外，随着咖啡果皮施用量的增加，对咖啡幼苗的抑制作用增强，这可能与咖啡果皮中含有的一些自毒物质相关。Silva等[12]研究表明，咖啡果皮浸提物中含有酚类、类黄酮和咖啡因等自毒物质，这些物质对生菜、卷心菜的种子萌发及幼苗生长具有显著的抑制作用。

3.2 施用咖啡果皮对土壤养分含量的影响

吕玉兰等[13]研究表明，咖啡果皮中氮、磷、钾、钙和镁含量分别为21.38、1.66、38.41、6.53和0.39 g/kg，养分含量较高，可以用作有机肥料。本研究结果显示，施用咖啡果皮可显著提高土壤碱解氮和速效钾含量，施用10%和15%果皮的处理土壤碱解氮、速效钾含量均显著高于施用牛粪的处理，而果皮施用量为10%的处理土壤速效磷含量低于牛粪处理，但显著高于对照。随果皮施用量的增加，土壤碱解氮、速效磷和速效钾含量增加。这说明咖啡果皮可做为潜在的有机肥料用于咖啡或其它作物种植中，以减少化肥及有机肥的施用。

3.3 施用咖啡果皮对土壤酶活性的影响

土壤中各有机、无机营养物质转化速度，主要取决于磷酸酶和脲酶等的酶促作用。土壤磷酸酶可加快有机磷脱磷速度，对提高土壤磷素有效性具有重要作用[14]。土壤脲酶直接参与土壤中含氮有机化合物的转化，其活性强度常被用来表征土壤氮素供应水平[15]。赵亚丽等[3]研究显示，小麦—玉米轮作体系秸秆还田有利于提高土壤脲酶和碱性磷酸酶的活性。胡乃娟等[16]研究指出，稻麦轮作系统连续两季25%秸秆还田提高了土壤脲酶活性。苏秦[17]研究发现，麦玉轮作模式下，秸秆还田处理下土壤脲酶活性显著增加，且酶活性随秸秆还田量增加而增加。本研究表明，与对照及施用牛粪有机肥处理相比，施用5%及以上的咖啡果皮均可显著提高土壤脲酶活性（图4-A），而果皮施用量达到10%及以上时，酸性磷酸酶活性的提高达到显著水平。这可能是施用果皮改良了土壤结构，促进了更多土壤微粒的团聚，改善了土壤微生物环境，增加了微生物数量，从而增加了土壤酶活性[18]。

综上所述，施用直接堆沤腐熟的咖啡果皮可显著降低土壤pH，果皮施用量大于5%会抑制咖啡幼苗生长，但可显著增加土壤养分含量，提高土壤酶活性。在农业生产中，堆沤咖啡果皮应添加石灰等碱性物质调节酸碱度，以避免施用后导致土壤酸化，影响作物生长。另外，也要考虑咖啡果皮中含有其它可溶性及淋溶性物质，以避免对生态环境的不利影响。本研究为咖啡果皮的肥料化利用研究提供了前期参考，下一步将进行不同堆沤方式产生的咖啡果皮对咖啡生长、土壤结构和土壤微生物群落组成等影响研究，以期为咖啡果皮的肥料化利用提供理论依据和技术支持。

参考文献

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