Effects of Application of Acid Soil Conditioner and Fermented Coffee Peels on Growth of Coffee Seedlings and Fertility and Enzyme Activities of Soil
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摘要:目的 研究咖啡园施用酸性土壤调节剂、腐熟咖啡果皮对咖啡苗生长及土壤养分含量、酶活的影响，为促进农业废弃物咖啡果皮的综合利用和改良咖啡园酸性土壤质量提供技术支持和理论依据。方法 采集56年龄咖啡园土壤，添加不同量的酸性土壤调节剂克酸宝（TL）和腐熟咖啡果皮（CP），试验处理分别为：对照CK（表土100%）、TL1（TL 2%）、TL2 （TL 4%）、TL3（TL 6%）、TL4（TL 8%）、CP1 （CP 4%）、CP2（CP 8%），分析添加TL和CP对咖啡叶片光合参数、干物质积累量、土壤pH值、土壤养分含量及土壤酶活性的影响。结果 添加TL提高土壤pH值0.8～1.6，添加CP土壤pH值先增后降，种植6个月，土壤pH值比对照降低0.50个单位；土壤速效钾、交换性钙、交换性镁含量随TL和CP施入量增加而显著增加，CP处理全N、碱解氮、速效磷显著高于其余处理，但添加TL处理土壤速效磷显著降低，其中TL4比对照低69.34%。光合参数表现最好的是TL2、 TL3， 二磷酸核酮糖（RuBP）酶活性、净光合速率（Pn）分别比对照提高101.16%、135.30%，81.71%、80.35%。其次为CP1、CP2；添加TL和CP土壤酶活性除酸性磷酸酶（ACP）与对照差异不显著外，其余酶活均有不同程度提高。各处理碱性磷酸酶（ALP）是对照的2.05～3.71倍，过氧化氢酶（S-CAT）显著高于对照109.62%～18.60%，由高到低为CP2＞CP1＞TL4＞TL3＞TL2。脲酶（S-UE）比对照高18.70%～5.37%，最高为CP2、CP1，其次为TL1、TL4。TL2、 TL3、CP1、CP2处理不同程度促进了咖啡植株生长和干物质累积量，其中株高、茎粗比对照提高25.09%～81.29%，叶、根、茎干重和单株总干重比对照提高1.65～5.02倍，效果最显著为CP1处理。结论 施用适量的TL和CP改善了土壤微生物环境，提高了土壤养分有效性，促进了咖啡植株的生长。但TL添加量增加，土壤交换态钙过高会引起磷的固定，添加CP随着有机氮的矿化 ，使土壤pH值降低。Abstract:Objective Means to utilize coffee peel waste and improve quality of ground soil at coffee plantations were investigated.Method The soil at a 56-year-old coffee plantation was used as the base material for the pot experiment. Aside from CK using 100% plantation soil, treatments applied the mass fractions of acid soil conditioner (TL) and fermented coffee peels (CP) including TL1 (2% TL), TL2 (4% TL), TL3 (6% TL), TL4 (8% TL), CP1 (4% CP), and CP2 (8% CP) were added to the potting soil. Leaf photosynthetic properties, and RuBP activity, growth indicators, and dry biomass accumulation of the seedlings, as well as nutrient content, pH, and activities of acid phosphatase (S-ACP), alkaline phosphatase (S-ALP), catalase (S-CAT), and urease (S-UE) in soil were determined.Result The addition of TL raised 0.8-1.6 on the soil pH, while CP increased it at first, then decreased, and became 0.50 lower than CK after 6 months. The available K and exchangeable Ca and Mg in soil were significantly increased with increasing TL or CP. But the available P significantly dropped by the added TL which, at TL4, was 69.34% lower than CK. The total N, alkaline N, and available P were significantly higher with CP than other treatments. TL2 and TL3 showed the greatest effects on RuBP enzyme activity with significantly 101.16% and 135.30%, respectively, and on net photosynthesis (Pn) 81.71% and 80.35%, respectively, higher than CK. And those were followed by the treatments of CP1 and CP2. All enzyme activities in the soils treated by TL and CP were higher than CK, except ACP, which was similar to CK. The S-ALP activities in the treatment soils were 2.05 to 3.71 times higher than CK. The S-CAT activities were higher than CK by 109.62%-18.60% in the order of CP2＞CP1＞TL4＞TL3＞TL2. The S-UE activities were 18.70%-5.37% higher than CK with the highest showing under CP2 and CP1 followed by TL1 and TL4. The TL2, TL3, CP1, and CP2 treatments promoted the growth and dry matter accumulation of coffee seedlings with plant height and stem diameter increases by 25.09%-81.29% and total and dry weights of leaves, roots, and stems by 1.65-5.02 times over CK. Among them, CP1 delivered the greatest rises.Conclusion Application of TL and CP improved the soil microbial environment, increased the availability of soil nutrients, and promoted the coffee seedling growth. However, excessive TL could bring about high exchangeable Ca inducing P fixation, and with CP addition, the mineralization of organic N would lower the pH in soil. Consequently, the appropriate use of TL and CP was expected to achieve the goal of improving acid soil quality, utilizing coffee waste, and enhancing coffee cultivation at the plantations.
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0. 引言
【研究意义】海南咖啡主产区万宁、福山、琼中、白沙等地土壤多为砖红壤，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大量淋失， 进而导致H+取代土壤表面阳离子交换位，产生交换性酸[1]，再加上生产上长期不施有机肥，导致土壤pH值 、土壤阳离子交换量（Cation exchange capacity，CEC）以及有机质含量都较低[2]。zhao 等[3]研究表明土壤有机质含量下降、土壤电导率（EC值）升高、pH值下降，土壤微生物菌群结构趋于单一是导致咖啡连作障碍的重要因素。近年来云南咖啡主栽区土壤已有 pH 值低于5.0 的报道[4]，采取一定的措施降低热带地区酸化砖红壤酸度和提高保肥能力，对保护生态环境和保障农业的可持续发展具有重要意义。2019年我国咖啡种植面积9.35万hm2，咖啡产量14.55万t[5]，折合鲜果产量87万t，咖啡果皮约占鲜果的37%，因此每年产生咖啡果皮约32万t。前期研究表明，咖啡果皮肥有机质含量92.5%，全氮、速效磷、速效钾、钙、镁含量分别为15.15、4.77、49.99、11.92、10.55 mg·g−1，养分含量丰富，pH 值9.22，可作为有机肥改良酸性土壤[6-9]。施用腐熟咖啡果皮，对增加咖啡园土壤养分、改善土壤微生态、减少化肥施用、促进生态循环和咖啡产业可持续发展具有重要现实意义。【前人研究进展】施用有机肥改善土壤的理化性质、降低土壤容重、增加土壤有效孔隙度、提高土壤的田间持水量是改良土壤酸化的重要措施[9-13]。研究表明秸秆直接还田和炭化还田均可以达到改良土壤酸性和提高养分含量的效果[14-15]，而施用酸性土壤改良剂对荔枝和龙眼增产效应显著[16-17]。赵青云等[6-7]研究表明施用腐熟咖啡果皮显著增加土壤速效氮、磷、钾养分含量和土壤脲酶、酸性磷酸酶活性，显著促进咖啡幼苗生长，提高叶片光合速率。【本研究切入点】目前，施用腐熟咖啡果皮对咖啡园土壤pH 值的影响还不清楚，土壤调节剂在咖啡生产上的应用鲜见报道。【拟解决的关键问题】本研究选取长期种植咖啡的酸性土壤，添加不同量的腐熟咖啡果皮和酸性土壤调节剂，从植株地上部分分析咖啡光合关键酶、光合参数的变化，从植株地下部分分析土壤pH值、表征土壤微生物呼吸活性的酶、养分转化酶的变化及其对土壤养分含量的影响，探究不同土壤改良剂促进咖啡生长的主要效果，为生产上合理有效地利用酸性土壤调节剂和腐熟咖啡果皮改良土壤提供理论依据。
1. 材料与方法
1.1 试验材料
腐熟咖啡果皮，由咖啡初加工废弃果皮与羊粪质量比为7∶3组成，发酵菌剂的添加量为堆肥物料质量的0.2%，混匀，按有机肥好氧堆肥的方法堆沤而成。土壤调节剂(克酸宝)购自中化山东肥业有限公司。试验用土采自中国热带农业科学院香料饮料研究所种植56年咖啡的基地。咖啡苗培育：2021年1月，咖啡果实盛熟期，从香饮所种质圃热研3号母树上采摘成熟果实，脱皮、脱胶、晾干后播种到沙床催芽。各试验材料的养分含量及pH值见表1。
表 1 试验材料养分含量及pH值Table 1. Nutrient content and pH of test materials试验材料
Test materialsSiO2/
%CaO/
%MgO/
%有机质
Organic matter/%全氮
Total N/(mg·g−1)速效磷
Available p /(mg·g−1)速效钾
Available K/(mg·g−1)pH值 腐熟咖啡果皮
fermented coffee peel— 1.03 1.07 85.0 15.2 4.18 46.45 9.2 酸性土壤调节剂
acid soil conditioner18.0 20.0 4.0 8.0 — — — 8.5 表土
Pod soil— 0.007 0.004 1.72 1.20 0.214 0.079 5.4 “—”表示未测定含量。
"—" indicates undetermined content.1.2 试验设计
2021年3月15日，在香饮所温室大棚，按表土与酸性土壤调节剂（以下简称调节剂）和腐熟咖啡果皮的质量比配制盆栽土，设置7个试验处理，处理1（CK）：表土100%；处理2（TL1）：表土98%，调节剂2%；处理3（TL2）：表土96%，调节剂 4%；处理4（TL3）：表土94%，调节剂6%；处理5（TL4）：表土92%，调节剂8%；处理6（CP1）：表土96%，腐熟咖啡果皮4%；处理7（CP2）：表土92%，腐熟咖啡果皮8%。各处理按比例配制好盆栽土，装入直径18 cm、高25 cm的营养袋中，每盆装土3 kg，每处理3盆，3次重复，共63盆。从沙床取出带有一对子叶的咖啡小苗，选取根系正常、长势一致的咖啡苗移入盆中，并淋足定根水。
1.3 测定项目与方法
1.3.1 土壤pH值
移栽后3个月、6个月，分别用土壤取样器，每处理随机选3盆取土并混合。水土比为2.5∶1，采用电位法测定。
1.3.2 光合指标、氮平衡指数和叶绿素相对值测定
移栽6个月，即2021年9月15日，每个处理选取长势一致的6株植株顶芽下第3对成熟叶片为测定样叶。光合参数，用便携式光合仪LI-6400XT于上午10：00进行测定，设定光量子通量密度（PFD）600 μmol· m−2· s−1，CO2 浓度380 μL· L−1，测定指标包括净光合速率（Net photosynthesis， Pn）、气孔导度（Stomatal conductance，Gs）、蒸腾速率（Transpiration rate, Tr）、水分利用率（Water utilization ratio，WUE)。氮平衡指数（NBI）和叶绿素相对值（CHI）采用植物氮平衡指数测量仪（F0RCE-A，型号SCIENTIFIC+）测定。
1.3.3 二磷酸核酮糖（RuBP）羧化/加氧酶测定
RuBP酶（1,5-ribulose bisphosphate carboxylase/oxygenase）测定，取样日期同1.3.2。每个处理选取长势一致的3株植株，采摘顶芽下第3对成熟叶片，带回实验室，立即用纯水清洗叶片，吸水纸擦干水分后，按照苏州科铭生物技术有限公司试剂盒说明书进行测定。
1.3.4 植株生长量测定
取样日期同1.3.2。株高用钢卷尺测量从盆土表面到植株顶芽处的垂直距离；茎粗用游标卡尺测量植株茎秆离土面5 cm处直径；每处理测定6株。
1.3.5 植株生物量测定
取样日期同1.3.2。每个处理选取长势一致的植株3盆，从盆中完整取出植株，初步分离根系周围泥土，然后捏住植株根茎处轻轻抖动，同时用干净容器收集根际土壤，初步洗去根部泥，注意收集操作过程中断掉的根系，带回实验室用纯水将根系冲洗干净，分成叶片、茎、根三部分，各部分植物样品用样品袋装好，置烘箱中105 ℃杀青30 min，70 ℃烘至恒重，称量各部分干重。
1.3.6 土壤酶活性及土壤养分测定
取1.3.5中收获的植株根际土装入干净的塑料自封袋，剩余盆栽土按四分法每盆取500 g装入干净的塑料自封袋。所有土样带回土壤样品室进行自然风干，去除细根、石头、枝、叶等杂物，根际土磨碎过0.25 mm筛，待测。土壤脲酶（Solid-Urease，S-UE）、土壤过氧化氢酶（Solid-Catalase，S-CAT）、土壤酸性磷酸酶（Soil acid phosphatase，S-ACP）、土壤碱性磷酸酶（Soil alkaline phosphatase，S-ALP）均按照苏州科铭生物技术有限公司试剂盒说明书进行测定。盆栽土磨碎后过2 mm筛，四分法取适量样品磨碎过1 mm筛，待测。土壤养分测定方法：全氮用凯氏定氮法；碱解氮用碱解扩散法；速效磷用NH4F-HCl浸提，分光光度法；速效钾用NH4OAC浸提，火焰光度法；交换性Ca、Mg用1 mol·L−1中性醋酸铵提取，原子吸收光谱法测定。
1.4 数据统计与分析
使用Microsoft Excel整理数据， SPSS 软件（SPSS 19.0）进行ANOVA方差分析，采用LSD法在0.05显著性水平下进行处理间多重比较。
2. 结果与分析
2.1 不同处理土壤pH值变化
种植3个月，与对照相比，随土壤调节剂添加量的增加，土壤pH值提高，从TL1到TL4，土壤pH值分别比对照提高0.7、0.8、1.0、1.4个单位，而腐熟咖啡果皮的添加对土壤pH值提高影响较小，从CP1 到CP2，土壤pH值分别比对照提高0.1、0.3个单位；种植6个月，从TL1到TL4，土壤pH值分别比对照提高0.8、1.2、1.4、1.6个单位，而腐熟咖啡果皮的添加使土壤pH值降低，从CP1 到CP2，土壤pH值分别比对照降低0.46、0.50个单位（图1）。
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图 1 不同处理随种植时间的增加土壤pH值变化图中数据为各处理pH值的平均值与对照pH值平均值的差值。Figure 1. Changes on soil pH under treatments in time after pottingData are expressed as differences between means of treatment sample and CK.2.2 不同处理咖啡叶片光合特性
从图2-A 看出，TL2和TL3处理咖啡叶片的Pn分别比对照显著提高81.71%和80.35%，其余处理与对照差异不显著； TL2和CP1处理的Gs分别比对照高88.48%、101.26%，（图2-B），TL2和CP1处理的Tr分别比对照高46.04%、35.52%，其余处理比对照小或差异不显著（图2-C）；图2-D表明，水分利用率较高的为TL2 、TL3和 CP2处理，分别比对照高41.35%、41.22%、42.60%，其余处理与对照差异不显著。可见，施用一定量的土壤调节剂可显著提高咖啡叶片的净光合速率、气孔导度、蒸腾速率和水分利用率，施用适量的腐熟咖啡果皮可提高咖啡叶片气孔导度和蒸腾速率，但对咖啡叶片净光合速率的影响不明显。
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图 2 不同处理咖啡叶片光合参数图中数值代表各处理的平均值，误差线为标准偏差，不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下图同。Figure 2. Photosynthetic characteristics of coffee seedlings under treatmentsColumn height represents average value of a treatment; error bar, standard error; data with different lowercase letters, significant differences in ANOVA (P＜0.05). Same for following figures.2.3 不同处理对咖啡叶片RuBP酶活性的影响
图3表明，施用适量的土壤调节剂和腐熟咖啡果皮显著提高咖啡叶片RuBP羧化酶活性，各处理RuBP酶活性在184.35～564.42 nmol ·min−1·g−1，CP2、CP1、TL2、TL3分别比对照高47.63%~135.30，综合2.2和2.3试验结果可见，TL2和TL3叶片净光合速率较高，同时其叶片RuBP羧化酶活性也高。CP1、 CP2处理RuBP羧化酶活性高，可能是施用腐熟果皮后，增加了土壤的氮素， N既能增加叶绿素含量，加速光反应，又能增加光合酶的含量与活性。然而也有试验指出当Rubisco含量超过一定值后，酶量就不与光合速率成比例[18]，这可能是CP1、 CP2处理RuBP羧化酶活性虽然高、但其光合速率与对照差异不明显的原因。
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图 3 不同处理咖啡叶片二磷酸核酮糖羧化酶活性Figure 3. RuBP enzyme activity of coffee seedlings under treatments2.4 不同处理对咖啡叶片氮平衡指数（NBI）和叶绿素相对含量（CHI）的影响
图4可见，施用腐熟咖啡果皮显著提高咖啡叶片氮平衡指数和叶绿素相对含量，施用土壤调节剂对咖啡叶片NBI、CHI影响不显著。CP1、CP2的NBI分别是对照的3.22倍和2.78倍，CHI分别比对照高40.69%和51.05%。施用腐熟咖啡果皮促进植株对氮素的吸收，叶片颜色更绿。
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图 4 不同处理咖啡氮平衡指数（NBI）和叶绿素相对含量（CHI）Figure 4. Nitrogen balance index and chlorophyll relative content of coffee seedlings under treatments2.5 不同处理对咖啡生长量和干物质累积量的影响
图5-A、B显示，适当添加土壤调节剂和腐熟咖啡果皮，显著促进咖啡植株生长。其中CP1处理株高、茎粗分别比对照高81.29%和33.67%，TL2、TL3和CP2处理株高、茎粗分别比对照高49.65%～35.31%、25.09%～34.89%。TL1和TL4与对照差异不显著。
图6-A～D可见，施用腐熟咖啡果皮CP1处理，咖啡叶干重、根干重、茎干重和单株总干重分别是对照的4.03倍、2.54倍、5.02倍和3.86倍，其次，TL2、TL3和CP2处理植株各部分干重和单株总干重是对照的1.65～3.41倍，TL1和TL4与对照差异不显著。施用适量的土壤调节剂和腐熟咖啡果皮明显促进咖啡植株干物质积累。
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图 6 不同处理咖啡植株干物质累积量Figure 6. Dry biomass accumulation of coffee seedlings under treatments2.6 不同处理对土壤酶活性的影响
图7-A可见，各处理土壤酸性磷酸酶活性为20.25～27.08 μmol·d−1 ·g−1，CP1处理显著高于TL4处理，除此外，各处理间差异不显著。施用腐熟咖啡果皮和土壤调节剂不同程度提高了土壤碱性磷酸酶活性，其中CP2处理是对照的3.71倍，其余各处理是对照的2.05～2.58倍（图7-B）。可见，施用腐熟咖啡果皮和酸性土壤调节剂通过提高土壤碱性磷酸酶活性从而提高了土壤磷素的转化。除TL1处理外，施用腐熟咖啡果皮和土壤调节剂显著提高了土壤过氧化氢酶活性，CP2、 CP1、TL4、 TL3、TL2分别比对照高109.62%、39.88%、31.31%、28.90%和18.60%，施用腐熟咖啡果皮对提高土壤过氧化氢酶活性效果好于施用土壤调节剂（图7-C）。施用腐熟咖啡果皮显著提高土壤脲酶活性，CP2、 CP1分别比对照高18.70%、10.80%，施用土壤调节剂对土壤脲酶活性影响总体呈现随施用浓度增加酶活降低的趋势，但TL4例外。其中TL1、TL4处理土壤脲酶活性显著高于对照，TL2、TL3与对照差异不显著（图7-D）。
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图 7 不同处理土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性Figure 7. Activities of S-ACP, S-ALP, S-CAT, and S-UE in treatment soils2.7 不同处理对土壤养分含量的影响
表2可见，施用腐熟咖啡果皮土壤全氮含为1.80～2.38 g·kg−1，碱解氮含量147.12～192.91 mg·kg−1显著高于其余处理；施用土壤调节剂TL1、TL4全氮含量、TL4碱解氮含量显著高于对照，其余与对照差异不显著；各处理土壤速效磷含量52.21～215.00 mg·kg−1，差异显著，速效磷含量最高为CP2、CP1，分别是对照的1.26倍、1.12倍，施用土壤调节剂土壤速效磷含量显著低于对照，且随着施用量的增加含量明显降低，TL4土壤速效磷含量比对照低69.34%；施用腐熟咖啡果皮和土壤调节剂明显增加土壤速效钾、交换性钙、交换性镁含量。各处理速效钾含量89.90～611.23 mg·kg−1，差异显著，含量从高到低依次为CP2＞TL4＞TL3＞TL2＞CP1＞TL1。交换性钙含量1217.42～3365.50 mg·kg−1，处理间差异显著，含量随着土壤调节剂和腐熟咖啡果皮施用量的增加而显著增加，含量最高为TL4，其次分别为TL3、TL2、CP2 、TL1、CP1。交换性镁含量163.92～479.17 mg·kg−1，处理间差异显著，含量从高到低依次为TL4＞TL3＞TL2＞CP2＞CP1＞TL1。
表 2 不同处理土壤养分含量Table 2. Soil nutrient content under treatments处理
Treatment全氮
Total N/(g·kg−1)碱解氮
Alkaline N/(mg·kg−1)速效磷
Available P/(mg·kg−1)速效钾
Available K/(mg·kg−1)交换性钙
Exchangeable Ca/ (mg·kg−1)交换性镁
Exchangeable Mg/ (mg·kg−1)CK 1.05±
0.02d71.33±0.56d 170.29±1.04c 89.90±0.79f 1217.42±94.08f 163.92± 4.43g TL1 1.40±
0.02c81.34±1.13cd 124.23±1.17d 258.88±2.53e 2404.83±28.25d 323.75±3.50e TL2 1.35±
0.03 cd84.53±1.40cd 64.99±5.09e 394.50±1.94d 2901.08±68.35b 396.08±3.67c TL3 1.37±0.02cd 81.76±2.21cd 55.94±2.18f 477.25±6.36c 2953.42±45.46b 415.83±4.24b TL4 1.52±0.03bc 89.43±5.11c 52.21±0.62f 527.00±5.26b 3365.50±43.79a 479.17± 5.13a CP1 1.80±
0.16b147.12±4.90b 190.06±3.04b 389.90±2.26d 2028.33±27.78e 248.08±4.87f CP2 2.38±
0.21a192.91±6.56a 215.00±0.52a 611.23±7.15a 2669.42±52.06c 343.67±4.42d 表中数据为各处理的平均值±标准误差，同一列不同英文字母表示差异在P＜0.05水平具有统计学意义。
Data are expressed as mean±standard deviation; data with different letters on same column indicate significant differences at P＜0.05.3. 讨论
3.1 添加土壤调节剂和腐熟咖啡果皮对咖啡光合特性的影响不同
核酮糖–1,5–二磷酸羧化酶/加氧酶（Rubisco）是光合碳同化的双功能酶，它催化核酮糖–1,5–二磷酸（RuBP）的羧化和加氧反应，其活性高低直接影响植物的光合速率，N、P、Mg元素是叶绿体结构中组成叶绿素、蛋白质和片层膜的成分，参与调节RuBP酶活性。Si、Ca对气孔开闭有调控作用，研究表明[19]，Ca2+ 可以促进黄瓜叶片气孔开放，加快气体交换从而提高植物叶片的净光合速率，而 Si 使气孔开度减小，减少蒸腾失水，提高水分利用效率，对Rubisco、果糖-1,6-二磷酸酶（FBPase）等酶的活化也起重要作用。因此，适量施用土壤调节剂提高了土壤中钙、镁、硅的有效性，提高了咖啡叶片RuBP酶的活性，气孔导度增大，显著提高咖啡叶片净光合速率和水分利用率，增强了植株的光合同化能力，从而使咖啡植株具有更高的生长量和生物积累量。
施用腐熟咖啡果皮RuBP羧化酶活性显著高于对照，但其光合速率与对照差异不明显。研究表明植物幼苗的叶绿素含量随着供氮量和磷有效性的增加而增加，同时Rubisco含量提高，净光合作用呈现先升高后下降的趋势，原因是当Rubisco含量超过一定值后，酶量就不与光合速率成比例[18] ，这也是本研究CP1和CP2处理光合速率与对照差异不明显的原因。
3.2 添加土壤调节剂和腐熟咖啡果皮对土壤pH值、土壤养分有效性和土壤酶活性的影响
土壤pH 值对植物根系生长产生重要影响。研究表明pH 值为5.5～6.5 的弱酸性土壤更适宜咖啡生长[20]。由于施入土壤调节剂后明显增加了土壤交换性Ca2+、Mg2+等盐基离子浓度，从而提高土壤pH值，种植6个月测得TL2、TL3处理土壤pH 值为7.6、7.7，虽然土壤pH值已超过咖啡生长最适宜范围，但这2个处理咖啡生长量和根的生物量都比对照高，说明咖啡能耐受略高的pH 值范围。但如果pH 值提高到TL4的7.9，咖啡生长明显受到影响。腐熟咖啡果皮施入土壤后，随着有机氮的矿化作用产生的NH4+-N的硝化作用过程释放H+，降低土壤的pH值[21,22]，添加腐熟咖啡果皮后6个月，测得CP1、CP2处理pH值为5.90、5.86，比对照低约0.5个单位，正好处于咖啡生长适宜pH值范围，因此咖啡植株生长量和干物质积累量最高。
土壤pH 值与养分有效性密切相关，施用土壤调节剂明显增加土壤速效钾、交换性钙、交换性镁含量，但显著降低了土壤速效磷的含量。碱性条件下，增加交换态钙含量，会增加对磷酸盐的吸附，其中，蒙脱石对磷酸盐的最大吸附量提高了107%，土壤对磷酸盐的最大吸附量提高了32%[23]。本研究随着调理剂施用量的增加，土壤交换态钙含量增加，且土壤为碱性，加速了土壤磷的固定，因此土壤有效磷随土壤交换性钙的增加而显著较低。
植株生长、土壤微生物活性之间具有复杂的相互关系。通常在缺肥的土壤中，植物根系和微生物为了利用土壤中的磷元素，相应地增加ACP 酶的分泌，因而活性较高[24]，而养分充足促进植物生物量的增加，植物根系分泌物和周围微生物活性显著增加， ACP 酶活性也高[25]，因此本研究中各处理与对照ACP 酶活性差异不显著。土壤pH值变化对微生物活性的影响是造成土壤酶活性变化的主要因素。研究表明，在酸化土壤中施用石灰、生物炭及秸秆，一方面提高了土壤pH值，使土壤微生物C量增加，激活了ALP酶的活性[26]。另一方面ALP酶活性受土壤N:P比例的调节，本研究中施用酸性土壤调节剂提高了土壤全氮和速效氮的含量，充足的可利用氮素可能是 ALP酶合成的必要条件[27]。增加土壤耕层交换性Ca、Mg浓度，Ca2+与土壤胶体中的氢离子交换会形成钙胶体，促进土壤胶体凝聚，有利于形成团粒结构，改善土壤微生物环境，从而提高土壤过氧化氢酶活性[28-29]，本研究施用酸性土壤调节剂显著提高土壤ALP 酶和S-CAT酶活性，与上述研究结果一致。土壤脲酶活性与土壤全氮、碱解氮含量呈正相关[30]，TL1、TL4全氮含量、TL4碱解氮含量显著高于对照，因此其土壤脲酶活性高于对照。
施用腐熟咖啡果皮为土壤提供了丰富的有机质以及N、P、K、Ca、Mg等营养元素，咖啡叶片氮平衡指数（NBI）、叶绿素相对含量（CHI）显著高于其他处理，说明植株对土壤N 的利用率高，咖啡植株生长好，叶色绿。充足可利用的氮素可能是 ALP酶合成的必要条件[27]，有机质和营养元素为植物生长和产酶微生物提供丰富的营养源，微生物代谢活跃，呼吸强度加大，微生物和植物根系分泌更多的脲酶来增加对土壤 N 的获取 [30-32]，因此施用腐熟咖啡果皮能显著提高土ALP 酶、S-CAT酶和S-UE酶的活性。
4. 结论
施用4%、6%的土壤调节剂提高了土壤pH值，增加了土壤K、Ca、Mg元素的有效性，改善土壤微生物环境，提高了土壤ALP酶、S-CAT酶活性，增强了咖啡叶片光同化效率，显著促进咖啡植株的生长和干物质积累；施用4%、8%腐熟咖啡果皮为土壤提供了丰富的有机质和N、P、K、Ca、Mg等营养元素，促进了咖啡植株的生长，激发了微生物代谢活性，土壤ALP酶、S-CAT酶、S-UE酶活性显著增强，显著增加了咖啡植株叶、茎、根和单株干物质积累量。鉴于施用腐熟咖啡果皮后，会引起土壤pH值下降，以及随着土壤调节剂施用量的增加，土壤交换态钙过高引起土壤磷的固定，建议生产上根据土壤pH值情况控制酸性土壤调节剂的施用量，下一步有必要开展将两者配合施用的大田肥效试验。该研究为促进咖啡果皮的综合利用和酸性土壤质量的提升提供了参考。
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图 1 不同处理随种植时间的增加土壤pH值变化
图中数据为各处理pH值的平均值与对照pH值平均值的差值。
Figure 1. Changes on soil pH under treatments in time after potting
Data are expressed as differences between means of treatment sample and CK.
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图 2 不同处理咖啡叶片光合参数
图中数值代表各处理的平均值，误差线为标准偏差，不同小写字母表示差异显著（P＜0.05）。下图同。
Figure 2. Photosynthetic characteristics of coffee seedlings under treatments
Column height represents average value of a treatment; error bar, standard error; data with different lowercase letters, significant differences in ANOVA (P＜0.05). Same for following figures.
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图 3 不同处理咖啡叶片二磷酸核酮糖羧化酶活性
Figure 3. RuBP enzyme activity of coffee seedlings under treatments
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图 4 不同处理咖啡氮平衡指数（NBI）和叶绿素相对含量（CHI）
Figure 4. Nitrogen balance index and chlorophyll relative content of coffee seedlings under treatments
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图 6 不同处理咖啡植株干物质累积量
Figure 6. Dry biomass accumulation of coffee seedlings under treatments
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图 7 不同处理土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、过氧化氢酶和脲酶活性
Figure 7. Activities of S-ACP, S-ALP, S-CAT, and S-UE in treatment soils
表 1 试验材料养分含量及pH值
Table 1 Nutrient content and pH of test materials
试验材料
Test materialsSiO2/
%CaO/
%MgO/
%有机质
Organic matter/%全氮
Total N/(mg·g−1)速效磷
Available p /(mg·g−1)速效钾
Available K/(mg·g−1)pH值 腐熟咖啡果皮
fermented coffee peel— 1.03 1.07 85.0 15.2 4.18 46.45 9.2 酸性土壤调节剂
acid soil conditioner18.0 20.0 4.0 8.0 — — — 8.5 表土
Pod soil— 0.007 0.004 1.72 1.20 0.214 0.079 5.4 “—”表示未测定含量。
"—" indicates undetermined content.
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表 2 不同处理土壤养分含量
Table 2 Soil nutrient content under treatments
处理
Treatment全氮
Total N/(g·kg−1)碱解氮
Alkaline N/(mg·kg−1)速效磷
Available P/(mg·kg−1)速效钾
Available K/(mg·kg−1)交换性钙
Exchangeable Ca/ (mg·kg−1)交换性镁
Exchangeable Mg/ (mg·kg−1)CK 1.05±
0.02d71.33±0.56d 170.29±1.04c 89.90±0.79f 1217.42±94.08f 163.92± 4.43g TL1 1.40±
0.02c81.34±1.13cd 124.23±1.17d 258.88±2.53e 2404.83±28.25d 323.75±3.50e TL2 1.35±
0.03 cd84.53±1.40cd 64.99±5.09e 394.50±1.94d 2901.08±68.35b 396.08±3.67c TL3 1.37±0.02cd 81.76±2.21cd 55.94±2.18f 477.25±6.36c 2953.42±45.46b 415.83±4.24b TL4 1.52±0.03bc 89.43±5.11c 52.21±0.62f 527.00±5.26b 3365.50±43.79a 479.17± 5.13a CP1 1.80±
0.16b147.12±4.90b 190.06±3.04b 389.90±2.26d 2028.33±27.78e 248.08±4.87f CP2 2.38±
0.21a192.91±6.56a 215.00±0.52a 611.23±7.15a 2669.42±52.06c 343.67±4.42d 表中数据为各处理的平均值±标准误差，同一列不同英文字母表示差异在P＜0.05水平具有统计学意义。
Data are expressed as mean±standard deviation; data with different letters on same column indicate significant differences at P＜0.05.
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