保水劑和氮肥對(duì)小粒咖啡生長(zhǎng)及水分利用的互作效應(yīng)

耿宏焯　劉小剛　鐘原　楊啟良　施衛(wèi)省

摘 要 小?？Х壬a(chǎn)經(jīng)常受到季節(jié)性干旱和土壤營(yíng)養(yǎng)不足的制約。為探討小?？Х裙?jié)水抗旱和水肥資源高效利用模式，采用3個(gè)保水劑水平和3個(gè)施氮水平，研究了保水劑和氮肥對(duì)小?？Х让缒旧L(zhǎng)及水分利用的影響。結(jié)果表明：低氮、低保處理可以獲得小粒咖啡苗木的最大生長(zhǎng)量（株高、莖粗及葉面積）。和對(duì)照（無(wú)氮處理）相比，低氮可使干物質(zhì)累積量提高24.10%，而高氮減少干物質(zhì)累積11.95%。和無(wú)保水劑處理相比，低保水劑提高干物質(zhì)累積11.53%，而高保水劑抑制干物質(zhì)累積8.65%。此外氮肥和保水劑能不同程度地降低日蒸散量，提高水分利用效率；施氮和保水劑可分別提高小粒咖啡水分利用效率2.72%～35.37%和8.48%～20.24%。小?？Х鹊乩鄯e量隨著施氮量增加先增后降。過(guò)高水平保水劑和氮肥都會(huì)對(duì)小?？Х鹊拿缒旧L(zhǎng)產(chǎn)生明顯的抑制作用，而低氮低保處理可同時(shí)提高干物質(zhì)累積和水分利用效率。

關(guān)鍵詞 保水劑；氮肥；交互效應(yīng)；水分利用；小?？Х?/p>

中圖分類號(hào) S571.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A

中國(guó)是亞洲地區(qū)咖啡的主產(chǎn)國(guó)之一，主產(chǎn)區(qū)在云南。云南生產(chǎn)的小粒咖啡以“濃而不苦，香而不烈，略帶果酸味”聞名于世。云南小?？Х鹊纳a(chǎn)區(qū)水熱矛盾突出，季節(jié)性干旱頻發(fā)，土壤退化且蓄水保肥差，產(chǎn)量和品質(zhì)得不到保證[1-2]。研究小?？Х人寿Y源高效利用具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

保水劑作為一種化學(xué)調(diào)控節(jié)水措施，在節(jié)水農(nóng)業(yè)和生態(tài)環(huán)境恢復(fù)中得到了廣泛應(yīng)用。研究表明，保水劑在吸水膨脹的同時(shí)還可以吸持肥料，防止養(yǎng)分流失，起到保水保肥的作用；并且施用保水劑會(huì)明顯的改變土壤的水肥條件，對(duì)作物生長(zhǎng)、發(fā)育及水肥吸收利用產(chǎn)生明顯影響[3-5]。保水劑作為節(jié)水農(nóng)業(yè)有效的技術(shù)措施，已廣泛應(yīng)用于果樹(shù)、花卉和主要糧食作物上[6-12]，而保水劑對(duì)小?？Х鹊墓?jié)水效應(yīng)等方面研究較少。氮素是小?？Х茸钪饕臓I(yíng)養(yǎng)元素之一。蔡志全等[7]研究表明，氮的缺乏對(duì)小粒咖啡生長(zhǎng)、光合特性和產(chǎn)量的影響最大，其次為鉀，而磷的影響相對(duì)較小。國(guó)外學(xué)者利用15N標(biāo)記的方法研究咖啡植株各部分對(duì)氮的吸收利用，從而評(píng)估氮肥農(nóng)學(xué)利用效率。但這種方法由于取樣手段、檢測(cè)水平的限制，研究結(jié)果存在較大誤差[13]。前人研究表明，保水劑和氮肥合理結(jié)合施用可以提高不同階段馬鈴薯葉片的光合速率，增加花期生物積累量，延長(zhǎng)莖葉生育期，提高馬鈴薯塊莖的產(chǎn)量[14]，同時(shí)顯著提高小麥的千粒重、產(chǎn)量及水分生產(chǎn)效率[15]。保水劑和氮肥的耦合效應(yīng)研究集中在大田作物上，對(duì)林果研究較少。

本文通過(guò)研究不同保水劑和氮肥水平對(duì)小?？Х壬L(zhǎng)動(dòng)態(tài)、干物質(zhì)累積、氮素累積和水分利用效率的交互效應(yīng)，以期為小?？Х让缒镜墓?jié)水抗旱和水氮資源高效利用提供實(shí)踐參考。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2012年4月至11月在昆明理工大學(xué)現(xiàn)代農(nóng)業(yè)工程學(xué)院智能溫室內(nèi)完成，溫度為12～35 ℃，濕度為50%～85%，無(wú)遮蔭。4 月12日將小粒咖啡苗木移栽至上底直徑30 cm，下底直徑22.5 cm，高30 cm 的生長(zhǎng)盆中，盆底均勻分布著直徑為1 cm 的5 個(gè)小孔以提供良好的通氣條件。供試土壤為燥紅壤土，田間持水量（θF）為24.3%，有機(jī)質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為13.12 g/kg、全氮0.87 g/kg、全磷0.68 g/kg、全鉀13.9 g/kg。每盆只栽1 株，桶中裝土14 kg，裝土前將其自然風(fēng)干過(guò)5 mm 篩，其裝土體積質(zhì)量為1.2 g/cm3，移栽后澆水至田間持水量。土表面鋪0.5 cm 厚的蛭石阻止因灌水導(dǎo)致土壤板結(jié)。保水劑為北京希濤技術(shù)開(kāi)發(fā)有限公司提供，主要成分為丙烯酰胺。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)保水劑和氮肥2因素，3個(gè)保水劑水平分別為0（無(wú)保）、1（低保）[3]和2 kg/m3（高保）。3個(gè)施氮水平分別為0 g N/kg風(fēng)干土（無(wú)氮）、 0.2 g N/kg風(fēng)干土（低氮）和0.40 g N/kg風(fēng)干土（高氮），氮肥形式為尿素（分析純）。共9個(gè)處理，每個(gè)處理3 次重復(fù)。保水劑、基肥（60%的氮肥）和磷酸二氫鉀（分析純，0.5 g/kg風(fēng)干土）裝土?xí)r均勻拌入，追肥（40%的氮肥）在5月26日溶入水中灌入。所有處理土壤含水率控制在（75%～90%）θF，當(dāng)含水量降至或接近該處理水分下限即進(jìn)行灌水，灌水至水分控制上限。稱重法控制土壤水分含量。

1.3 測(cè)定項(xiàng)目

植株各器官生物量均于2012年11 月11日獲取，保持105 ℃殺青30 min 后調(diào)溫至80 ℃在烘箱中烘至恒質(zhì)量，用天平測(cè)定干物質(zhì)質(zhì)量。6月4日開(kāi)始測(cè)量株高、莖粗，大約1個(gè)月測(cè)定一次，共測(cè)定5次。株高、莖粗和葉面積分別采用毫米刻度尺、游標(biāo)卡尺和直接稱重?fù)Q算法。蒸散量日變化采用稱重法測(cè)定。水量平衡方程計(jì)算總耗水量。水分利用效率為總干物質(zhì)質(zhì)量和總耗水量的比值。植株樣品經(jīng)烘干、粉碎過(guò)篩后，用濃H2SO4法消煮，用凱氏法測(cè)定氮素含量[16]。氮素累積總量為植株各器官氮素含量與其干物質(zhì)量的乘積之和。

1.4 數(shù)據(jù)分析及處理方法

采用Microsoft Excel 2003 軟件處理數(shù)據(jù)和制圖，用SAS 統(tǒng)計(jì)軟件的ANOVA 和Duncan法（p=0.05）對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析和多重比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 保水劑和氮肥對(duì)小?？Х让缒旧L(zhǎng)的交互作用

圖1、2、3和4分別表示不同氮肥和保水劑對(duì)小?？Х戎旮摺⑶o粗、葉面積和根冠比的影響。各指標(biāo)僅對(duì)最后一次取樣統(tǒng)計(jì)分析。結(jié)果表明，保水劑、施氮量對(duì)株高、莖粗和葉面積影響顯著，保水劑和施氮量的交互作用對(duì)株高的影響顯著，保水劑對(duì)根冠比影響顯著（p<0.05）（表1）。

和無(wú)氮處理相比，低氮增加葉面積19.18%（圖3），而對(duì)增加株高（圖1）和莖粗（圖2）不明顯。而高氮降低株高、莖粗和葉面積分別為9.18%、5.01%和7.54%。和無(wú)保處理相比，低保增加株高、莖粗和葉面積分別為8.75%、7.69%和19.32%，高保降低株高、莖粗和葉面積分別為7.62%、6.65%和12.48%。和無(wú)氮無(wú)保處理（CK）相比，低氮高保、高氮無(wú)保和高氮高保分別抑制株高9.67%、8.77%和15.19%。其中低氮低保處理的株高最大，為對(duì)照（CK）處理的1.15倍。結(jié)果表明：氮肥和保水劑水平較低時(shí)促進(jìn)小?？Х壬L(zhǎng)，而施氮量或保水劑過(guò)多，反而對(duì)生長(zhǎng)有抑制作用。低氮低保組合能獲得較大的株高、莖粗和葉面積。

統(tǒng)計(jì)分析表明（表1），保水劑對(duì)根冠比影響顯著（p<0.05）。和無(wú)保處理相比，低保處理增加根冠比7.63%，而高保處理則降低根冠比不明顯。其中低氮低保處理的根冠比最大，是其余處理的1.07～1.69倍。表明低保處理顯著增加根冠比，有利于土壤水肥的吸收，這和低保處理的生長(zhǎng)較旺和干物質(zhì)累積最大（見(jiàn)2.3）相一致。

2.2 保水劑和氮肥對(duì)小?？Х让缒菊羯⒑乃慕换プ饔?/p>

不同處理的小?？Х日羯⒘咳兆兓鐖D5所示。其中8：00～10：00點(diǎn)的蒸散量最小，占日蒸散量的10.11%～13.73%；而14：00～16：00的蒸散量最大，占日蒸散量的25.82%～30.82%。統(tǒng)計(jì)表明（表1），保水劑和施氮量對(duì)日蒸散量影響顯著（p<0.05），而其交互作用對(duì)其影響不顯著（p>0.05）。和無(wú)氮處理相比，低氮和高氮減小日蒸散量15.47%和23.43%；和無(wú)保處理相比，低保和高保處理減小日蒸散量13.23%和23.75%。其中CK處理的日蒸散量最大，分別為低氮高保和高氮高保的1.57和1.59倍。結(jié)果也說(shuō)明，施氮能夠減少日蒸散量，達(dá)到了以肥調(diào)水，提高水分利用的效果；隨著保水劑的增加，日蒸散量顯著減少?？赡苤饕?個(gè)方面的原因：保水劑能促進(jìn)團(tuán)粒結(jié)構(gòu)形成，降低土壤容重，提高持水率和水分利用效率，可明顯抑制土壤表面的水分蒸發(fā)；高保處理明顯抑制了小?？Х鹊纳L(zhǎng)，從而降低了生長(zhǎng)耗水。低保處理不但能促進(jìn)小?？Х鹊纳L(zhǎng)，也降低了蒸散耗水，有利于提高水分利用效率。

2.3 保水劑和氮肥對(duì)小?？Х让缒靖晌镔|(zhì)累積和水分利用效率的交互作用

保水劑和施氮量對(duì)小粒咖啡總干物質(zhì)量影響顯著（p<0.05）（表1）。和無(wú)氮處理相比，低氮可提高總干物質(zhì)量24.10%，高氮?jiǎng)t減小總干物質(zhì)量11.95%（圖6）。和無(wú)保處理相比，低保提高總干物質(zhì)量11.53%，而高保抑制總干物質(zhì)量8.65%。和CK相比，除高氮高保、高氮無(wú)保和無(wú)氮高保處理的總干物質(zhì)量有所減小外，其余處理的總干物質(zhì)量都有不同程度的增加。其中低氮低保處理的總干物質(zhì)量最大，分別是高氮高保、無(wú)氮高保處理的1.66和1.48倍。這表明高保處理不利于小粒咖啡的生長(zhǎng)和干物質(zhì)累積。

保水劑、施氮量及其交互作用對(duì)水分利用效率影響顯著（p<0.05）（表1）。和無(wú)氮處理相比，低氮、高氮分別提高水分利用效率35.37%和2.72%（圖6）；和無(wú)保相比，低保、高保分別提高水分利用效率20.24%和8.48%。和CK相比，其余處理的水分利用效率都有不同程度的提高，增幅為13.61%～77.54%，其中低氮低保處理的水分利用效率最高，為CK處理的1.78倍。結(jié)果表明：氮肥和保水劑都不同程度的提高了水分利用效率。

2.4 保水劑和氮肥對(duì)小?？Х让缒镜乩鄯e的交互作用

施氮量對(duì)植株氮素累積影響顯著（p<0.05）（表1）。和無(wú)氮處理相比，低氮、高氮分別提高氮素累積量的1.27和0.58倍（圖7）。與CK相比，高氮高保、高氮低保、高氮無(wú)保、低氮高保、低氮低保、低氮無(wú)保、無(wú)氮高保和無(wú)氮低保分別增加氮素累積69.66%、89.09%、80.90%、152.71%、176.24%、146.92%、5.65%和35.41%。表明低氮低保處理不但能提高干物質(zhì)累積，同時(shí)提高氮素累積。這說(shuō)明低氮低保處理可能有利于提高氮素利用效率。

3 討論

本研究結(jié)果表明，低保處理的小粒咖啡的生長(zhǎng)量、干物質(zhì)累積量及根冠比達(dá)到峰值。綜合研究結(jié)果來(lái)看，低保處理能促進(jìn)小?？Х鹊纳L(zhǎng)、干物質(zhì)累積和根冠比，而高保處理可能會(huì)對(duì)植株生長(zhǎng)產(chǎn)生不利的影響。前人在糧食作物上的多數(shù)研究也發(fā)現(xiàn)適宜的用量才能增產(chǎn)[17]，但也有玉米生物量與產(chǎn)量隨保水劑用量增大而增加的報(bào)道[18]。這可能與保水劑類型與施用量、作物種類等有關(guān)。

高保處理對(duì)小?？Х壬L(zhǎng)和干物質(zhì)積累起到明顯地抑制作用。這可能是由于保水劑增加了土壤的毛管孔隙度，降低了燥紅壤土中充滿空氣的孔隙度[19]，導(dǎo)致通氣狀況不良，根區(qū)呼吸和有機(jī)質(zhì)分解減慢。而植株生長(zhǎng)要求土壤有較好的通氣條件。有研究表明，保水劑含量增加會(huì)明顯提高噴播基質(zhì)的總孔隙度和毛管孔隙度及其持水與供水能力。但隨著保水劑含量增加，基質(zhì)的非毛管孔隙度呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，尤其當(dāng)保水劑含量超過(guò)0.3%以后會(huì)明顯減小，從而會(huì)降低基質(zhì)的透水和通氣性能。因此，基質(zhì)中保水劑的含量應(yīng)控制在0.3%以下為宜[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)基質(zhì)中的保水劑含量為2 kg/m3時(shí)，對(duì)小?？Х鹊纳L(zhǎng)產(chǎn)生明顯抑制作用。保水劑的適宜用量估計(jì)還與基質(zhì)及作物的生理特性有關(guān)。

研究表明，保水劑在大量吸水的同時(shí)，對(duì)肥料分子或者離子也有吸持作用。保水劑作為養(yǎng)分載體和調(diào)節(jié)器，在保持植物茁壯生長(zhǎng)的同時(shí)，還能減少肥料損失[21]。本研究表明，適量單施氮肥或保水劑可以促進(jìn)小?？Х鹊纳L(zhǎng)和水分利用效率的提高，而適量氮肥和保水劑配施更能促進(jìn)生長(zhǎng)和水分利用效率，氮肥和保水劑表現(xiàn)出較好的協(xié)同和疊加效應(yīng)，這與孟曉瑜等[22]的研究結(jié)果基本一致。本試驗(yàn)結(jié)果表明，低氮低保處理不但能夠促進(jìn)小粒咖啡的生長(zhǎng)、干物質(zhì)累積和植株氮素累積，還能夠獲得最大的水分利用效率。而高氮高保處理中，氮肥和保水劑表現(xiàn)出拮抗作用。

4 結(jié)論

低氮、低保處理能使小?？Х让缒镜纳L(zhǎng)量達(dá)到最大。低氮和低保分別提高總干物質(zhì)量24.10%和11.53%，而高氮和高保分別降低總干物質(zhì)量11.95%和8.65%。氮肥和保水劑能不同程度提高水分利用效率。施用保水劑提高水分利用效率8.48%～20.24%。植株氮素累積量隨著施氮量先增后減。從促進(jìn)小?？Х壬L(zhǎng)和水氮資源高效利用的角度考慮，低氮低保處理為最優(yōu)試驗(yàn)組合。

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