施用咖啡果皮對咖啡幼苗生長及土壤理化性狀的影響

趙青云　邢詒彰　林興軍　孫燕　朱飛飛　龍宇宙　董云萍

摘 要 通過盆栽試驗研究施用不同量的咖啡果皮對咖啡幼苗生長及土壤理化性狀的影響。結果表明：施用5%（果皮與土壤質量比）以上咖啡果皮的咖啡幼苗地上部、根系干重，總根長，根系直徑及根系總體積顯著低于對照處理；隨咖啡果皮施用量的增加，咖啡幼苗長勢顯著變差；施用5%以上的咖啡果皮可顯著增加土壤堿解氮、速效磷、速效鉀養分含量和土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，但土壤pH顯著下降。綜上所述，施用5%以上直接堆漚腐熟的咖啡果皮會抑制咖啡幼苗生長，降低土壤pH，但可顯著提高土壤養分含量和土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，增加土壤養分有效性。

關鍵詞 咖啡 ；咖啡果皮 ；土壤酶活性 ；肥料化利用

中圖分類號 S571.2 ；S141.4 文獻標志碼 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

咖啡屬茜草科（Rubiaceae）咖啡屬（Coffea）多年生常綠灌木或小喬木，位居世界三大飲料之首。在中國海南、云南、廣西和廣東等熱帶亞熱帶地區廣泛種植。目前云南和海南為中國咖啡主產地，全國咖啡種植面積12多萬hm2，鮮果產量70多萬t，總產值16.24億元[1]，已成為老少邊窮地區農民脫貧致富的主要經濟來源，在國民經濟和社會發展中占獨特地位。

秸稈、果皮和果渣等農業副產物的資源化肥料化利用是實現減肥增效、綠色高效的有效途徑之一。2015年農業部提出《到2020年化肥使用量零增長行動方案》要求，要減施化肥，增施有機肥。目前已有多個關于作物秸稈、果渣還田肥料化利用的報道。趙士誠等[2]通過大田試驗研究表明，小麥-玉米輪作系統秸稈全量還田可提高土壤氮、磷含量，增加產量，但導致了鉀消耗，降低了土壤pH。趙亞麗等[3]研究了秸稈還田對冬小麥-夏玉米一年兩熟農田土壤微生物數量、酶活性和作物產量的影響，結果表明，深耕和秸稈還田可降低土壤容重，提高土壤有機碳含量，增加土壤微生物數量和作物產量。徐智等[4]研究表明，施用西番蓮果渣有機肥能夠促進西番蓮縱、橫徑生長，從而促進西番蓮果實生長發育。

Santos等[5]研究指出，咖啡果皮可用作覆蓋物覆蓋在土壤表面而起到抑制雜草生長的作用。然而，關于咖啡果皮肥料化利用鮮有報道。咖啡果實主要由果皮、種皮和種仁組成，每年加工鮮果后產生20多萬t的咖啡果皮，造成較大的環境壓力。咖啡果皮中含有大量的粗纖維、蛋白和礦物質，可做為一種潛在的肥料歸還土壤[6]。筆者將咖啡鮮果加工后產生的果皮不經任何處理直接堆漚，充分腐熟，通過盆栽試驗研究施用不同比例的咖啡果皮對咖啡幼苗生長、土壤養分狀況、pH及土壤酶活性的影響，旨在為咖啡果皮肥料化利用和咖啡種植減肥增效提供理論參考。

1 材料與方法

1.1 材料

咖啡果皮：取咖啡初加工廢棄鮮果皮，堆漚7～8個月至腐熟備用。腐熟的果皮全氮1.27%，P2O5 0.21%，K2O 0.76%，pH 4.3。

牛糞有機肥：經堆漚充分腐熟，有機質8.2%，全氮0.6%，P2O5 0.3%，K2O 0.4%。

供試咖啡品種為中粒種咖啡（Coffea canephora Pierre），種子用常溫清水浸泡24 h，再用50%多菌靈可濕性粉劑500倍液浸泡30 min，播種于沙床，長出兩片真葉時，挑選長勢一致的幼苗備用。endprint

1.2 方法

1.2.1 試驗處理

供試土壤為沙壤土，采自未種植過咖啡的次生林下，養分含量為全氮0.42 g/kg，速效磷7.00 mg/kg，速效鉀168.00 mg/kg，pH 5.92。試驗共設5個處理：（1）對照（CK，不施任何肥料及果皮）；（2）牛糞有機肥（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）。每處理9個重復，即9盆，每盆移栽1株咖啡苗，試驗重復3次，共135盆。每盆裝風干土3.0 kg，裝盆前土壤與腐熟的咖啡果皮或牛糞充分混勻。本盆栽試驗于2016年9～11月在中國熱帶農業科學院香料飲料研究所溫室大棚內進行。

1.2.2 指標測定

（1）植株生物量及根系生長參數。移栽2個月后，將盆缽輕輕倒扣，用自來水將根系沖洗干凈。植株帶回實驗室，用吸水紙擦干，剪取根系，用EPSON根系掃描儀掃描，WINRhizo軟件分析根系各生長參數。根系、地上部分別裝入牛皮紙袋中，置烘箱中75℃烘至恒重，稱量。每處理3個重復。

（2）土壤酶活性測定。2個月后，采用抖土法[7]，收集根系周圍土壤，裝入封口袋中帶回實驗室，室內自然風干，過篩備用。脲酶活性采用苯酚鈉比色法，以24 h后1 g土壤中NH3-N的微克數表示[8]，酸性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法，以2 h后1 g土壤中P2O5的微克數表示[9-10]。

（3）土壤養分含量和pH測定。土壤理化性質測定參照土壤農化分析[11]。利用玻璃電極酸度計測定水土比為2.5∶1（w/V）土壤懸液值即為土壤pH值。利用堿解擴散法測定土壤堿解氮；利用碳酸氫鈉浸提土壤懸液并用鉬銻抗比色法測定土壤速效磷；利用醋酸銨浸提土壤并用火焰分光光度計測定土壤速效鉀。

1.2.3 數據分析

數據均采用SPSS軟件（SPSS 20.0）進行ANOVA方差分析和多重比較（LSD， p≤0.05）。

2 結果與分析

2.1 施用咖啡果皮對咖啡苗生物量的影響

由圖1可知，COM處理咖啡幼苗根系和地上部干重均顯著高于對照和施用果皮的處理。隨咖啡果皮施用量的增加，植株干重呈顯著遞減趨勢。與對照相比，施用不同比例的果皮均顯著降低咖啡根系干重，但施用5%咖啡果皮可顯著提高植株地上部生物量。這說明施用一定比例的咖啡果皮可促進咖啡幼苗地上部生長，但施用比例超過5%會顯著抑制咖啡幼苗生長。

2.2 施用咖啡果皮對咖啡苗根系生長的影響

由圖2-A可知，COM處理總根長顯著高于其它處理，CK與5%P處理之間差異不顯著，但均顯著高于10%P和15%P。COM、5%P、10%P和15%P處理咖啡苗總根長分別是對照的1.14、0.94、0.61和0.46倍。不同處理之間根系平均直徑無顯著差異（圖2-B）。各處理根系表面積為20.10～44.13 cm2，CK、COM和5%P處理差異不顯著，但均顯著高于10%P和15%P處理（圖2-C）。圖2-D表明， COM處理根系總體積最大， 5%P和10%P處理根系總體積無顯著差異，但均顯著高于處理15%P，低于CK和COM處理。與CK相比，5%P、10%P和15%P處理分別降低了19.76%、28.02%和47.41%。由此可見，施用牛糞有機肥可促進咖啡苗根系生長發育，但施用不同比例的咖啡果皮會抑制根系生長，隨著施用比例的增加，抑制作用增強。

2.3 施用咖啡果皮對土壤養分及pH的影響

由圖3-A可知，10%P和15%P處理土壤堿解氮差異不顯著，分別為534.1 和560.7 mg/kg，顯著高于其它處理。COM和5%P處理土壤堿解氮均顯著高于對照，低于10%P和15%P處理。與對照相比，COM、5%P、10%P和15%P處理土壤堿解氮含量分別增加了1.24、1.35、4.13和4.39倍，表明施用咖啡果皮可顯著提高土壤堿解氮含量。

由圖3-B可知，COM、10%P和15%P處理土壤速效磷含量與對照相比顯著增加，而5%P處理與對照相比無顯著差異。COM處理土壤速效磷含量顯著低于15%P處理，高于其它處理。這表明施用10%牛糞有機肥或者10%以上的咖啡果皮可顯著提高土壤速效磷含量。

隨咖啡果皮施用量的增加，土壤速效鉀含量顯著增加（圖3-C）。COM、5%P、10%P和15%P處理土壤速效鉀含量與對照相比，分別增加了0.32、0.31、1.28和2.18倍。對照、COM和5%P處理無顯著差異。表明施用10%以上的咖啡果皮可大幅增加土壤速效鉀含量。

不同處理之間土壤pH差異顯著（圖3-D）。COM處理土壤pH 6.2，顯著高于對照（5.9）及施用咖啡果皮的處理。隨咖啡果皮施用量增加，土壤pH顯著下降，5%P、10%P和15%P處理與對照相比，分別下降了6.12%、10.17%和13.56%。綜上，施用10%以上的咖啡果皮可大幅提高土壤有效氮、磷、鉀養分含量，增加土壤養分有效性，但也會顯著降低土壤pH，導致土壤酸化。

2.4 施用咖啡果皮對土壤酶活性的影響

由圖4-A得出，施用咖啡果皮的處理（5%P、10%P和15%P）土壤脲酶活性最高，在7.61～7.73 μg NH3-N /g，無顯著差異，但均顯著高于CK和COM處理。與CK相比，處理COM、5%P、10%P和15%P土壤脲酶活性分別增加了1.93、5.99、6.06、6.10倍，表明施用牛糞有機肥和不同比例的咖啡果皮均可顯著提高土壤脲酶活性，氮肥利用率提高。

10%P和15%P處理土壤酸性磷酸酶活性顯著高于CK和COM處理，與5% P處理差異不顯著（圖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，土壤有機磷轉化速度加快，土壤磷素有效性提高，利于咖啡幼苗吸收磷。endprint

3 討論與結論

3.1 施用咖啡果皮對咖啡幼苗生長和土壤pH的影響

施用不同比例的咖啡果皮對咖啡幼苗生長影響不同。與對照相比，施用10%的牛糞有機肥可顯著促進咖啡幼苗生長，而施用5%以上的咖啡果皮抑制幼苗生長。隨果皮施用量增加，咖啡幼苗長勢變差。線性分析結果顯示，果皮施用量與咖啡幼苗根系及地上部干重呈顯著負相關，相關系數分別為-0.99和-0.63。這說明，施用果皮對咖啡苗生長影響顯著，不經任何處理直接堆漚腐熟的咖啡果皮并不能促進咖啡苗生長。

施用咖啡果皮與對照及牛糞有機肥處理相比，土壤pH顯著下降（圖3-D）。線性分析結果表明，果皮施用量與土壤pH呈顯著負相關，相關系數為-0.99。另外，土壤pH與咖啡幼苗根系及地上部干重呈正相關，相關系數分別為0.99和0.60。這說明，施用直接堆漚腐熟的咖啡果皮會導致土壤pH下降，而土壤pH下降與咖啡幼苗長勢變差密切相關。施用咖啡果皮造成土壤pH下降可能與咖啡果皮含有的一些物質或堆漚過程中產生的酸性物質有關。咖啡果皮堆漚前與堆漚后物質變化有待進一步深入研究。另外，隨著咖啡果皮施用量的增加，對咖啡幼苗的抑制作用增強，這可能與咖啡果皮中含有的一些自毒物質相關。Silva等[12]研究表明，咖啡果皮浸提物中含有酚類、類黃酮和咖啡因等自毒物質，這些物質對生菜、卷心菜的種子萌發及幼苗生長具有顯著的抑制作用。

3.2 施用咖啡果皮對土壤養分含量的影響

呂玉蘭等[13]研究表明，咖啡果皮中氮、磷、鉀、鈣和鎂含量分別為21.38、1.66、38.41、6.53和0.39 g/kg，養分含量較高，可以用作有機肥料。本研究結果顯示，施用咖啡果皮可顯著提高土壤堿解氮和速效鉀含量，施用10%和15%果皮的處理土壤堿解氮、速效鉀含量均顯著高于施用牛糞的處理，而果皮施用量為10%的處理土壤速效磷含量低于牛糞處理，但顯著高于對照。隨果皮施用量的增加，土壤堿解氮、速效磷和速效鉀含量增加。這說明咖啡果皮可做為潛在的有機肥料用于咖啡或其它作物種植中，以減少化肥及有機肥的施用。

3.3 施用咖啡果皮對土壤酶活性的影響

土壤中各有機、無機營養物質轉化速度，主要取決于磷酸酶和脲酶等的酶促作用。土壤磷酸酶可加快有機磷脫磷速度，對提高土壤磷素有效性具有重要作用[14]。土壤脲酶直接參與土壤中含氮有機化合物的轉化，其活性強度常被用來表征土壤氮素供應水平[15]。趙亞麗等[3]研究顯示，小麥—玉米輪作體系秸稈還田有利于提高土壤脲酶和堿性磷酸酶的活性。胡乃娟等[16]研究指出，稻麥輪作系統連續兩季25%秸稈還田提高了土壤脲酶活性。蘇秦[17]研究發現，麥玉輪作模式下，秸稈還田處理下土壤脲酶活性顯著增加，且酶活性隨秸稈還田量增加而增加。本研究表明，與對照及施用牛糞有機肥處理相比，施用5%及以上的咖啡果皮均可顯著提高土壤脲酶活性（圖4-A），而果皮施用量達到10%及以上時，酸性磷酸酶活性的提高達到顯著水平。這可能是施用果皮改良了土壤結構，促進了更多土壤微粒的團聚，改善了土壤微生物環境，增加了微生物數量，從而增加了土壤酶活性[18]。

綜上所述，施用直接堆漚腐熟的咖啡果皮可顯著降低土壤pH，果皮施用量大于5%會抑制咖啡幼苗生長，但可顯著增加土壤養分含量，提高土壤酶活性。在農業生產中，堆漚咖啡果皮應添加石灰等堿性物質調節酸堿度，以避免施用后導致土壤酸化，影響作物生長。另外，也要考慮咖啡果皮中含有其它可溶性及淋溶性物質，以避免對生態環境的不利影響。本研究為咖啡果皮的肥料化利用研究提供了前期參考，下一步將進行不同堆漚方式產生的咖啡果皮對咖啡生長、土壤結構和土壤微生物群落組成等影響研究，以期為咖啡果皮的肥料化利用提供理論依據和技術支持。

參考文獻

[1] 董云萍. 咖啡栽培實用技術[M]. 北京： 中國農業出版社，2016.

[2] 趙士誠，曹彩云，李科江，等. 長期秸稈還田對華北潮土肥力、氮庫組分及作物產量的影響[J]. 植物營養與肥料學報，2014，20（6）：1 441-1 449.

[3] 趙亞麗，郭海斌，薛志偉，等. 耕作方式與秸稈還田對土壤微生物數量、酶活性及作物產量的影響[J]. 應用生態學報，2015，26（6）：1 785-1 792.

[4] 徐 智，湯 利. 西番蓮果渣有機肥對西番蓮生長發育、品質和產量的影響[J]. 云南農業大學學報，2012，27（3）：457-460.

[5] Santos J C F， Souza I F， Mendes A N G， et al. Allelopathic effect of coffee and rice husks arranged in soil layers on the germination and initial growth of Amaranthus viridis[J]. Planta Daninha， 2001， 19： 197-207.

[6] 董云萍. 咖啡高產栽培技術[M]. 北京：中國農業出版社，2009.

[7] Zhao Q Y， Dong C X， Yang X M， et al. Biocontrol of Fusarium wilt disease for Cucumis melo melon using bio-organic fertilizer[J]. Appl Soil Ecol， 2011， 47： 67-75.

[8] 周禮愷. 土壤酶學[M]. 北京：科學出版社，1987.

[9] 魯如坤. 土壤農業化學分析方法[M]. 北京：中國農業科技出版社，2000.

[10] 周禮愷. 土壤酶的活性[J]. 土壤學進展，1980，8（4）：9-15.

[11] 鮑士旦. 土壤農化分析[M]. 北京：中國農業出版社，2000.

[12] Silva R M G， Brigatti J G F， Santos V H M， et al. Allelopathic effect of the peel of coffee fruit[J]. Sci Hort， 2013， 158： 39-44.

[13] 呂玉蘭，黃家雄. 小粒種咖啡營養特性的初步研究[J]. 熱帶農業科學，2012，32（10）： 10-13.

[14] 關松蔭. 土壤酶及其研究法[M]. 北京： 農業出版社， 1986：274-340.

[15] 孫 波，趙其國，張桃林，等. 土壤質量與持續環境.Ⅲ土壤質量評價的生物指標[J]. 土壤，1997，29（5）：225-234.

[16] 胡乃娟，韓新忠，楊敏芳，等. 秸稈還田對稻麥輪作農田活性有機碳組分含量、酶活性及產量的短期效應[J]. 植物營養與肥料學報，2015（21）：371-377.

[17] 蘇 秦. 有機培肥對寧南旱作農田土壤理化性狀及作物生長的影響[D].楊凌：西北農林科技大學，2009.

[18] 陳恩鳳，周禮愷，武冠云.微團聚體的保肥供肥性能及其組成比例在評斷土壤肥力水平中的意義[J]. 土壤學報，1994，31（1）： 18-28.endprint