摘 要 通过盆栽试验研究施用不同调节剂对连作酸化土壤酶活性及咖啡幼苗生长的影响。结果表明：在连作酸化土壤中施用1%石灰+10%牛粪有机肥（与土壤质量比）、5%土壤调节剂泽土或三者减半混合施用均可显著提高咖啡苗干重、总根长、根系表面积、总体积、叶片叶绿素含量和氮平衡指数，有效调节酸化土壤pH，改善咖啡幼苗生长状况；石灰与牛粪有机肥配合施用可显著提高土壤脲酶活性，但对磷酸酶无显著影响。综上所述，建议在连作酸化咖啡种植园中施用1%石灰+10%牛粪有机肥或单独施用5%土壤调节剂泽土或三者减半混合施用，以调节土壤，改善植株生长状况。
关键词 咖啡；土壤酸化；土壤调节剂；土壤酶活性；连作
中图分类号 S571.2；S156.99 文献标识码 A
Effects of Different Soil Conditioner Application on Coffee Seedlings
Growth and Soil Enzyme Activities in
Acidic Continuous Cropping Soil
ZHAO Qingyun1，3， XING Yizhang1，3， SUN Yan1，2， LIN Xingjun1，3，
ZHU Feifei1， LONG Yuzhou1，2，3， DONG Yunping1，3 *
1 Institute of Spice and Beverage， CATAS， Wanning， Hainan 571533， China
2 Key Laboratory of Genetic Resources Utilization of Spice and Beverage Crops， Ministry of Agriculture，
Wanning， Hainan 571533， China
3 Hainan Provincial Key Laboratory of Genetic Improvement and Quality Regulation for Tropical Spice
and Beverage Crops， Wanning， Hainan 571533， China
Abstract Pot experiments were carried out to investigate the effects of different soil conditioner application on coffee seedlings growth and soil enzyme activities in acidic continuous cropping soil. The main results were listed as follows： 1）The application of 1% lime + 10% cow manure organic fertilizer， 5% soil conditioner or 0.5% lime +5% cow manure organic fertilizer + 2.5% soil conditioner significantly increased coffee seedlings dry weight， total root length， average root diameter， root volume， ChlorophyII content， nitrogen balance index and soil pH， thus obviously promoted coffee seedlings growth compared with the non-treated control； 2）The mixed application of lime and organic fertilizer increased soil urease activities， while no significance was observed in soil phosphatase. In conclusion， 1% lime + 10% cow manure organic fertilizer， 5% soil conditioner or 0.5% lime +5% cow manure organic fertilizer +2.5% soil conditioner were suggested for the application to acidic continuous cropping soils to improve coffee seedlings growth.
Key words Coffee； soil acidic； soil conditioner； soil enzyme activities； continuous cropping
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2017.10.016
咖啡屬茜草科（Rubiaceae）咖啡属（Coffea）多年生常绿灌木或小乔木，是世界三大饮料中产量、消费量和经济价值最大的热带经济作物。在我国海南、云南等热带亚热带地区广泛种植。目前，我国咖啡种植面积约12万hm2，是云南、海南等老少边穷地区农民收入的主要经济来源。然而，经调查发现，部分咖啡种植园，尤其是连续多年种植的老龄咖啡园，出现土壤酸化现象，影响植株正常生长。
引起土壤酸化的原因有多种，酸沉降[1]、生产中过量施用化肥[2-3]、长期单一种植作物根系分泌有机酸类物质的累积等[4-5]；另外，我国咖啡多种植在热带亚热带地区的红壤中，强烈的淋溶作用使土壤中可溶性盐和土壤表面交换性盐基阳离子被大量淋失，H+取代土壤表面阳离子交换位，产生交换性酸等[6]，均可能导致土壤酸化。
张瑞清等[7]研究表明，在胶东地区土壤酸化果园中添加果木和稻壳2种生物质炭可降低土壤交换性酸量，提高土壤pH。于宁等[8]研究发现，在酸化烟田中施用石灰可提高土壤转化酶、过氧化氢酶、脲酶活性，改善土壤酸化状况。龙光强等[9]报道指出，在旱地上先施用石灰快速提高土壤pH，再增施有机肥，可稳定并逐步提高土壤pH。魏岚等[10]盆栽试验结果表明，施用一定量的土壤調节剂碱渣能使土壤pH提高，并能有效降低土壤中交换性铝含量。
本文选取20 a园龄的连作酸化咖啡园土壤，通过盆栽试验研究施用不同土壤调节剂对连作酸化咖啡园土壤pH、酶活性及咖啡幼苗生长的影响，旨在为改良酸化土壤、消减咖啡连作障碍提供理论依据和技术参考。
1 材料与方法
1.1 材料
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%。
糖醇钙镁土壤调节剂（泽土）：氧化钙≥19.0%，氧化镁≥13.0%，有机质≥5.0%，pH7.0～9.0。
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2片真叶时，挑选长势一致的幼苗备用。
1.2 方法
1.2.1 试验处理 供试土壤采自中国热带农业科学院香料饮料研究所连作酸化咖啡园，园龄20 a，养分含量为碱解氮57.86 mg/kg，速效磷53.61 mg/kg，速效钾93.76 mg/kg，pH5.07。试验共设6个处理：①对照（CK，不做任何处理）；②石灰（SH，10 g/kg土、1%）；③牛粪有机肥（OF，100 g/kg土、10%）；④石灰+有机肥（SHOF，石灰10 g/kg土、1%；有机肥100 g/kg土、10%）；⑤糖醇钙镁土壤调节剂（泽土，ZT，50 g/kg土、5%）；⑥混合（MIX，石灰5 g/kg土、0.5%；有机肥50 g/kg土、5%；土壤调节剂25 g/kg土、2.5%）。每处理7个重复，即7盆。每盆移栽1株咖啡苗。3次独立试验，共126盆。每盆装风干土3.0 kg。
1.2.2 测定指标及方法
①植株生物量及根系生长参数。咖啡移栽130 d后，取样测定。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，用根系扫描仪（EPSON V700）扫描，WINRhizo Tron 2011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105 ℃杀青30 min，75 ℃烘至恒重，称量。每处理3个重复。
②土壤酶活性测定。咖啡移栽130 d后，取样测定。采用抖土法[11]，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μg数表示[12]，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μg数表示[12]。
③土壤pH测定。参照土壤农化分析[13]。利用玻璃电极酸度计测定水土比为2.5 ∶ 1（V/w），土壤悬液值即为土壤pH。
④咖啡苗叶片叶绿素和氮平衡指数测定。咖啡移栽130 d左右，在晴天上午的8 ： 00～10 ： 00进行。选取咖啡苗顶芽往下数第三对成熟叶片，采用植物氮平衡指数测量仪（法国F0RCE-A公司生产，型号SCIENTIFIC+）测定。测定前用纸巾轻轻擦除叶片表面的灰尘，每片叶选取10个点，每个点记录1个观测值，取其平均值作为该叶片的观测值。每处理3次重复。
1.3 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 施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤中咖啡苗生物量的影响
图1数据显示，不同土壤调节措施均可改善连作咖啡幼苗生长状况，但效果不同。处理SHOF、ZT和MIX咖啡苗地上部干重与对照相比，分别增加了1.28、1.37和1.32倍。处理OF地上部干重显著低于处理SHOF、ZT和MIX，但显著高于SH和CK，与SH和CK相比，分别增加了0.69和0.68倍。各处理根系干重和地上部干重变化趋势相似。处理ZT与MIX根系干重显著高于其它处理。处理OF根系干重分别是CK、SHOF和SH的1.70、0.53和0.64倍。本研究结果表明，在咖啡连作酸化土壤中施用1%石灰+10%有机肥，5%土壤调节剂泽土或0.5%石灰+5%有机肥+2.5%土壤调节剂泽土，均可显著改善咖啡幼苗生长状况，消减连作对咖啡苗生长的抑制作用，而单独施用石灰或有机肥的处理对咖啡苗生长的改善效果有限。
2.2 施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤中咖啡苗根系生长参数的影响
不同处理根系生长状况不同（图2）。图2-A显示，处理SHOF总根长显著高于其它处理。处理SH、OF、SHOF、ZT及MIX咖啡苗总根长分别是CK的2.84、1.86、5.67、5.07和5.11倍。处理CK根系直径显著低于其它处理，而其它处理根系直径在0.41～0.43 mm之间，无显著差异（图2-B）。各处理之间根系表面积、根系总体积与总根长变化趋势相似（图2-A、2-C、2-D）。图2-C表明，处理SHOF、ZT及MIX根系表面积显著高于处理CK、OF及SH。处理SHOF根系表面积与SH和OF相比，分别增加了0.63和1.70倍。处理ZT根系总体积最大（4.63 cm3），分别是处理CK、SH、OF、SHOF、MIX的20.11、1.69、3.91、1.27和1.09倍。这说明施用不同土壤调节剂均可促进连作咖啡幼苗根系生长，以施用5%的土壤调节剂泽土对根系改善效果最好。
2.3 施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤中咖啡苗叶绿素含量和氮平衡指数的影响
处理SHOF及ZT咖啡苗叶绿素含量显著高于其它处理（图3-A）。处理SH、OF、SHOF、ZT和MIX植株叶片叶绿素含量分别是CK的1.72、1.88、2.46、2.35和2.09倍。图3-B结果显示，处理SHOF植株叶片氮平衡指数最高，显著高于处理ZT和MIX。由此可见，连作酸化咖啡土壤中施用1%石灰+10%有机肥或5%泽土可大幅提高咖啡幼苗叶绿素含量和氮平衡指数，说明施用石灰+有机肥或泽土可有效提高咖啡苗氮素利用效率，利于连作酸化土壤中咖啡苗生长。
2.4 施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤pH的影响
图4显示，施用不同土壤调节剂均可提高土壤pH。处理SH、OF、SHOF、ZT和MIX土壤pH分别比CK提高了45%、3%、30%、35%和37%。处理SHOF、ZT和MIX土壤pH在6.5～7.0之间，为适宜咖啡生长的土壤酸碱度，而处理SH土壤pH大于7，处理OF及CK则小于6，为不适宜咖啡生长的环境。这表明，在连作酸化土壤中同时施用石灰和有机肥，或单独施用土壤调节剂泽土或三者混合施用可有效调节酸化土壤pH，改善土壤环境。
2.5 施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤酶活性的影响
图5-A显示，施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤脲酶活性影响不同。处理SHOF脲酶活性显著高于其它处理。处理CK、OF、SHOF和MIX土壤磷酸酶活性在0.64～0.77 mg/g之间，无显著差异，处理SH和ZT磷酸酶活性最低（图5-B）。这说明在连作酸化土壤中施用石灰+有机肥，可有效提高土壤脲酶活性，加快土壤氮素转化速度，提高土壤氮素供应水平，而对土壤磷素的转化并无明显影响。
3 讨论
3.1 施用不同土壤调节剂对咖啡幼苗生长及连作酸化土壤pH的影响
在连作酸化咖啡园土壤中添加1%石灰+10%牛粪有机肥、5%土壤调节剂或三者减半混合，均可大幅增加咖啡幼苗地上部生物量、根系干重及总根长、根系总体积，而单独施用1%石灰或10%有机肥的处理，咖啡幼苗长势弱于其它土壤调节措施（图1、图2）。土壤调节剂指加入土壤中改善土壤的物理、化学和/或生物性状的物料，用于改良土壤结构、降低土壤盐碱危害、调节土壤酸碱度、改善土壤水分状况或修复污染土壤等。郭肖[14]研究表明，在连作酸化苦荞土壤中添加有机土壤调节剂腐植酸、豆科绿肥、作物秸秆和木泥炭，可增加苦荞株高、子叶节高度和主茎粗度，改善苦荞长势。章明奎[15]试验表明，酸化土壤经有机肥或石灰改良后再施中性肥料，可减少铝毒， 促进大麦生长。大量或长期施用石灰会引起土壤板结，土壤钙、钾、镁元素平衡失调而导致减产[16]。韦克苏等[17]大田试验结果显示，在连作酸化烟田中混合施用土壤调节剂磁化石灰土和微生物肥，可提高上部烟叶单叶重，改善烟叶外观质量。欧小宏等[18]结果显示，在连作酸化三七土壤中添加石灰，配合平衡施肥，或施用土壤调节剂粉煤灰，可显著提高连作条件下三七存苗率，促进三七植株生长，提高单株生物量。矫威[19]研究建议，在土壤酸化严重的地区，采用石灰类改良剂与有机肥配合施用的措施进行改良。在酸化土壤中，施用石灰和有机肥可调节土壤pH，提升土壤肥力，提高作物产量[20-22]。本研究与上述研究结果相似，在连作酸化咖啡园土壤中石灰与有机肥配施或单独施用碱性土壤调节剂泽土，可显著改善咖啡苗生长状况，消减连作障碍。
我国咖啡多种植在南方红壤地区，淋溶作用强，另外，咖啡为多年生作物，连续多年种植，部分种植园土壤酸化现象更趋明显，严重影响咖啡植株生长和产量，不利于咖啡产业的健康可持续发展。在连作酸化咖啡土壤中添加不同调节剂均可提高土壤pH（图4）。线性分析结果显示，土壤pH在5.0～7.0范围内，咖啡幼苗根系、地上部干重与土壤pH相关系数分别为0.93和0.87，这说明土壤pH对咖啡植株长势影响显著，随土壤pH上升，咖啡长势增强。
3.2 施用不同土壤调节剂对咖啡叶片叶绿素和氮平衡指数的影响
氮平衡指数是反映作物长势的重要指标，是叶绿素和类黄酮的比值。用氮平衡指数评估植株叶片氮素营养状况，可避免传统方法的延迟效应。叶绿素含量是反映植物生长代谢状况的重要指标。图3表明，在连作酸化咖啡土壤中施用1%石灰+10%有机肥或单独施用5%土壤调节剂泽土，咖啡幼苗叶绿素含量和氮平衡指数变化趋势相似，均显著高于对照及单独施用牛粪有机肥或石灰的处理。这说明，在连作酸化土壤中石灰、有机肥配施或单独施用泽土可促进咖啡幼苗对养分尤其是氮素的吸收利用，提高叶片叶绿素含量，增强光合作用，增加光合产物的积累。
3.3 施用不同土壤调节剂对连作酸化土壤酶活性的影响
土壤中营养物质的转化与土壤酶活性密切相关。土壤脲酶和磷酸酶直接参与土壤中含氮、含磷化合物的转化，对土壤养分的有效性具有重要作用，可以用来表征土壤氮、磷的供应水平[12，19]。王睿彤等[23]试验结果显示，在黄河三角洲滨海盐碱土中添加牛粪、石膏、秸秆3种土壤调节剂对土壤磷酸酶、脲酶、土壤脱氢酶等改良效果明显。在连作低产油茶林土壤改良中，林地垦复配合生草、或垦复配合施用有机肥等土壤改良措施可促进土壤养分释放和提高土壤脲酶、磷酸酶活性[24]。本研究表明，与对照、单施石灰或牛粪有机肥相比，施用土壤调节剂泽土、石灰牛粪有机肥配施、或三者减半混合施用均可显著提高连作酸化土壤脲酶活性，但对磷酸酶活性影响不显著（图5），说明采用这3种土壤調节措施可增加土壤氮素供应水平，利于咖啡对氮的吸收利用。
综上所述，在咖啡连作酸化土壤中施用1%石灰+10%牛粪有机肥，5%土壤调节剂泽土或三者减半混合均可调节土壤pH，显著改善咖啡幼苗生长状况，提高叶片叶绿素含量，氮平衡指数和土壤脲酶活性，有效减轻连作对咖啡苗生长的抑制作用。因此，建议在咖啡连作酸化土壤中采用石灰有机肥配施、单施土壤调节剂泽土或三者混合施用的方法改良土壤，施用量可根据连作园土壤酸化程度等调整。本试验为连作酸化咖啡园的土壤改良提供参考。
参考文献
[1] Dan B， Driscoll C T， Allen H L， et al. Acidic deposition and forest soils[M]. Springer， New York， 2012.
[2] 邹长明， 高菊生， 王伯仁， 等. 长期施用含氯和含硫肥料对土壤性质的影响[J]. 南京农业大学学报， 2004， 27（1）： 117-119.
[3] Guo J H， Liu X J， Zhang Y， et al. Significant acidification in major Chinese croplands[J]. Science， 2010， 327（5 968）： 1 008-1 010.
[4] Curl E A， Truelove B. The rhizosphere[M]. Springer Berlin Heidelberg， 1986.
[5] 胡元森， 李翠香， 杜国营， 等. 黄瓜根分泌物中化感物质的鉴定及其化感效应生态环境[J]. 生态环境， 2007， 16（3）： 954-957.
[6] 徐仁扣. 土壤酸化及其调控研究进展[J]. 土壤， 2015， 47（2）： 238-244.
[7] 张瑞清， 杨剑超， 孙 晓， 等. 两种生物质炭对果园酸化土壤改良效果的研究[J]. 山东农业科学， 2016， 48（2）： 74-79.
[8] 于 宁， 关连珠， 娄翼来， 等. 施石灰对北方连作烟田土壤酸度调节及酶活性恢复研究[J]. 土壤通报， 2008， 39（4）： 849-851.
[9] 龙光强， 蒋瑀霁， 孙 波. 长期施用猪粪对红壤酸度的改良效应[J]. 土壤， 2012， 44（5）： 727-734.
[10] 魏 岚， 杨少海， 邹献中， 等. 不同土壤调理剂对酸性土壤的改良效果[J]. 湖南农业大学学报（自然科学版）， 2010， 36（1）： 77-81.
[11] Zhao Q， Dong C， Yang X， et al. Biocontrol of Fusarium wilt disease for Cucumis melo melon using bio-organic fertilizer[J]. Applied Soil Ecology， 2011， 47（1）： 67-75.
[12] 關松荫. 土壤酶及其研究法[M]. 北京： 农业出版社， 1986： 274-340.
[13] 鲍士旦. 土壤农化分析[M]. 北京： 中国农业出版社， 2000.
[14] 郭 肖. 土壤改良剂对不同基因型苦荞连作下根际特性的影响[D]. 贵阳： 贵州师范大学， 2006： 1-43.
[15] 章明奎. 中性肥料对侵蚀红壤的土壤溶液酸度及大麦生长的影响[J]. 浙江农业科学， 1995（5）： 225-228.
[16] 王敬国. 植物营养的土壤化学[M]. 北京： 北京农业大学出版社， 1995： 92-103.
[17] 韦克苏， 李德仑， 胡婷婷， 等. 微生物有机肥结合土壤改良剂改善上部烟叶品质研究[J]. 云南农业大学学报（自然科学）， 2016， 30（2）： 310-315.
[18] 欧小宏， 金 航， 郭兰萍， 等. 平衡施肥及土壤改良剂对连作条件下三七生长与产量的影响[J]. 中国中药杂志， 2012， 37（13）： 1 905-1 911.
[19] 矫 威. 不同改良剂对作物生长发育及酸性土壤理化性状的影响[D]. 武汉： 华中农业大学， 2014： 1-67.
[20] Xun W B， Xiong W， Huang T， et al. Swine manure and quicklime have different impacts on chemical properties and composition of bacterial communities of an acidic soil[J]. Appl Soil Ecol， 2016， 100： 38-44.
[21] Hass A， Gonzalez J M， Lima I M， et al. Chicken manure biochar as liming and nutrient source for acid Appalachian soil[J]. Journal of Environmental Quality， 2012， 41（4）： 1 096-1 106.
[22] Naramabuye F X， Haynes R J， Modi A T. Cattle manure and grass residues as liming materials in a semi-subsistence farming system[J]. Agriculture Ecosystems & Environment， 2008， 124（1）： 136-141.
[23] 王睿彤， 孙景宽， 陆兆华. 土壤改良剂对黄河三角洲滨海盐碱土生化特性的影响[J]. 生态学报， 2017， 37（2）： 425-431.
[24] 何 钢， 袁德义， 刘贤桂. 油茶低产林土壤改良对土壤养分及土壤酶活的影响[J]. 中南林业科技大学学报， 2011， 31（3）： 76-80.
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