咖啡果皮不同堆漚處理養(yǎng)分含量及其對咖啡植株生長的影響

趙青云 普浩杰 王秋晶 董云萍 林興軍 孫燕 龍宇宙

摘 ?要：咖啡果皮中礦質(zhì)養(yǎng)分含量較高，可作為潛在的有機肥源用于農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，但果皮直接還田會抑制咖啡幼苗生長，需腐熟后還田。本研究設(shè)置咖啡果皮、咖啡果皮添加纖維素酶和果膠酶、粉碎咖啡果皮、粉碎咖啡果皮添加纖維素酶和果膠酶4個堆漚處理，研究不同堆漚處理的養(yǎng)分含量及對咖啡植株生長的影響，以期為果皮的肥料化利用提供依據(jù)。室內(nèi)檢測試驗結(jié)果表明：咖啡果皮粉碎或粉碎后添加纖維素酶和果膠酶堆漚處理對果皮養(yǎng)分含量無顯著影響，但果皮粉碎后添加酶的處理有機質(zhì)含量與果皮直接堆漚腐熟相比下降7.90%。溫室盆栽試驗顯示：施用不同堆漚腐熟處理后的咖啡果皮均可顯著促進咖啡幼苗生長，提高葉片光合速率、葉綠素含量和氮平衡指數(shù)，但促生效果有差異。與對照相比，施用腐熟果皮添加纖維素酶和果膠酶的處理，植株生物量、葉片光合速率、葉綠素含量及氮平衡指數(shù)分別增加了50%以上，促生效果最好。因此，建議生產(chǎn)上采用果皮粉碎后添加一定比例的纖維素酶和果膠酶堆漚，以利于作物生長。

關(guān)鍵詞：咖啡果皮;纖維素酶;果膠酶;堆肥;咖啡生長

中圖分類號：S571.2;S141.4 ? ? ?文獻標識碼：A

Abstract： Coffee peel can be used as a potential organic fertilizer source for agricultural production， but the application of the coffee peel not rotten can inhibit the growth of coffee seedlings. Coffee peel and shattered coffee peel rotten with nothing or cellulase and pectinase were carried out to investigate the effects of different treatments on the coffee peel nutrient content and plant growth， and to provide basis for coffee peel fertilizer utilization. The results of laboratory tests showed that there was no significant difference on the nutrient content of coffee peel among the treatments， whereas the organic matter in the shattered coffee peel treated with cellulase and pectinase decreased by 7.90% compared with the coffee peel treated with no enzymes. Greenhouse pot experiments showed that the application of well-rotten coffee peel could significantly promote the growth of coffee seedlings， increase the leaf photosynthetic rate， chlorophyll content and nitrogen balance index. The application of shattered coffee peel treated with cellulase and pectinase increased the biomass production of coffee plant， leaf photosynthetic rate， chlorophyll content and nitrogen balance index over 50% compared with the control. Conclusively， shattered coffee peel treated with cellulase and pectinase was suggested to be used to promote the growth of coffee plants.

Keywords： coffee peel; cellulase; pectinase; compost; growth of coffee plant

DOI： 10.3969/j.issn.1000-2561.2020.04.001

咖啡屬于茜草科（Rubiaceae）咖啡屬（Coffea）多年生常綠灌木或小喬木。咖啡、茶、可可為世界3大飲料，咖啡的產(chǎn)量、經(jīng)濟價值和消費量均居世界3大飲料之首[1]。在我國云南、海南、廣東和廣西等熱帶亞熱帶地區(qū)廣泛種植。隨著人們生活水平的提高，對咖啡的消費量也逐年增加，已成為邊疆地區(qū)農(nóng)民脫貧增收的主要經(jīng)濟來源之一。

我國咖啡種植面積超過12萬hm2，咖啡生豆產(chǎn)量達17萬t[2]，咖啡鮮果加工過程中會產(chǎn)生20多萬噸的果皮。咖啡鮮果由果皮、果膠、種殼、種皮（也稱銀皮）和種子構(gòu)成，在加工過程中會產(chǎn)生果皮、種殼等副產(chǎn)物。其副產(chǎn)物富含粗纖維、粗蛋白和各種礦物質(zhì)成分[3]。Santos等[4]研究表明，咖啡果皮可用作覆蓋在土壤表面的覆蓋物，從而起到抑制雜草生長的作用。李逢雨等[5]研究表明，秸稈中含有供作物生長的氮、磷、鉀、硫、鈣、鎂等營養(yǎng)元素。咖啡果皮中氮、磷、鉀、鎂和鈣等養(yǎng)分含量較高，可作為一種潛在的肥料歸還土壤[6-10]。部分農(nóng)戶將加工后的副產(chǎn)物直接丟棄，造成資源浪費和環(huán)境污染[11];另外一些農(nóng)戶或企業(yè)將加工副產(chǎn)物直接還田，導(dǎo)致土壤pH降低，影響咖啡幼苗生長[12]。目前，國內(nèi)外關(guān)于作物秸稈肥料化利用的報道較多，但鮮有咖啡果皮肥料化利用的文獻報道。黃婷苗等[13]研究表明，在同一氮水平下，秸稈還田會使小麥粒數(shù)增加，是提高產(chǎn)量的重要原因。徐智等[14]研究指出，施用西番蓮果渣有機肥能夠有效促進西番蓮的縱向和橫向徑生長，促進西番蓮果實生長發(fā)育，提高西番蓮產(chǎn)量。陳向明[15]研究表明，適宜濃度的山核桃外果皮醌溶液可以減輕光合作用的光抑制，縮短光合作用的午休時間，修復(fù)光損傷的葉綠素，較好地改善液泡，提高光合效率。

本研究擬通過研究不同堆漚處理對咖啡果皮養(yǎng)分含量及施用堆漚腐熟咖啡果皮對咖啡植株生物量及生理指標等的影響，明確咖啡果皮堆漚腐熟對養(yǎng)分含量及施用腐熟咖啡果皮對咖啡植株生長的影響，以期為果皮的肥料化利用提供前期參考。

1 ?材料與方法

1.1 ?材料

供試咖啡果皮：取咖啡鮮果初加工后的果皮，部分粉碎，部分不粉碎，濕度調(diào)節(jié)至50%～55%，設(shè)置粉碎果皮、未粉碎果皮、粉碎果皮+纖維素酶+果膠酶、未粉碎果皮+纖維素酶+果膠酶共4個不同的堆漚處理，置于陰涼處堆漚至腐熟備用。

供試咖啡品種為羅布斯塔中粒種咖啡（Coffea canephora Pierre），咖啡種子經(jīng)40 ℃清水浸泡24 h[16]，再使用50%的多菌靈可濕性粉劑稀釋500倍液浸泡30 min，播種于多菌靈消毒處理過的沙床上，待長出2片真葉時挑選長勢一致的幼苗備用。

1.2 ?方法

1.2.1 ?試驗設(shè)計 ?供試土壤為沙壤土，采自未種植過咖啡的次生林，養(yǎng)分含量為：全氮0.59 g/kg、速效磷21.00 mg/kg、速效鉀52.19 mg/kg、有機質(zhì)17.43 g/kg、pH 6.5。試驗共設(shè)5個處理：（1）對照（空白，不施用咖啡果皮）;（2）果皮（施用未粉碎的腐熟咖啡果皮）;（3）粉碎果皮（施用粉碎的腐熟咖啡果皮）;（4）粉碎果皮+酶（施用經(jīng)纖維素酶和果膠酶分解腐熟后的粉碎咖啡果皮）;（5）果皮+酶（施用經(jīng)纖維素酶和果膠酶分解腐熟后的未粉碎咖啡果皮）。每處理重復(fù)10盆，每盆裝土3 kg，果皮施用量為土壤的5%（質(zhì)量比），即150 g/盆。每盆栽種1株長勢一致的咖啡幼苗，置于溫室大棚。根據(jù)氣溫和土壤濕度情況，每天適當澆水。本盆栽試驗于2018年3—9月在中國熱帶農(nóng)業(yè)科學(xué)院香料飲料研究所溫室大棚內(nèi)進行，整個試驗周期內(nèi)不施用其他肥料。

1.2.2 ?測定指標及方法 ?（1）咖啡果皮養(yǎng)分含量測定。咖啡果皮有機質(zhì)、全氮、速效磷、速效鉀、鈣、鎂、鐵、錳、銅、鋅含量分別采用重鉻酸鉀加熱法、火焰燃燒法、紫外可見分光光度計法、火焰分光光度計法和原子吸收分光光度計法等測定[17]。

（2）咖啡植株生物量及根系生長參數(shù)測定。 ?將移栽6個月的咖啡幼苗盆缽輕輕倒扣，用自來水清洗根系。植株帶回實驗室用吸水紙擦干。剪取根系，分別測定植株地上部、地下部鮮重。用EPSON V700根系掃描儀掃描根系，WINRhizo軟件分析根系生長參數(shù)。地上部和地下部分別裝入牛皮紙袋中，置于烘箱，105 ℃殺青30 min，然后75 ℃烘至恒重，測定干重。

（3）植株生理指標測定。用Li-6400便攜式光合儀測定咖啡植株葉片光合速率、蒸騰速率、胞間二氧化碳濃度，葉綠素儀測定植株葉片葉綠素含量，氮平衡儀測定植株葉片氮平衡指數(shù)。

1.3 ?數(shù)據(jù)處理

數(shù)據(jù)采用SPSS軟件（SPSS 20.0）進行ANO?VA方差分析和多重比較（LSD，P≤0.05）。

2 ?結(jié)果與分析

2.1 ?不同堆漚處理對咖啡果皮養(yǎng)分含量的影響

從表1可看出，不同堆漚處理對咖啡果皮全氮、速效鉀、鈣、鎂、錳等養(yǎng)分含量無顯著性影響。添加纖維素酶和果膠酶堆漚的處理，咖啡果皮有機質(zhì)含量低于不加酶的處理。果皮直接堆漚與粉碎后堆漚相比，除微量元素鐵、銅、鋅，其他養(yǎng)分含量均無顯著性變化。

2.2 ?施用堆漚腐熟果皮對咖啡植株生物量的影響

由圖1可知，施用經(jīng)不同處理后的咖啡果皮均可顯著促進咖啡植株生長。施用果皮、果皮+酶、粉碎果皮、粉碎果皮+酶的處理，咖啡植株地上部鮮重分別是對照的2.2、2.5、2.6和2.7倍。地上部鮮重和干重呈相似的趨勢。施用腐熟果皮的處理，植株根系鮮重與對照相比增加0.8～2.6倍，根系干重增加0.5～2.5倍。其中，施用粉碎果皮+酶的處理，咖啡植株地上部鮮重、干重，地下部鮮重、干重分別比對照增加了1.8、2.0、1.6和1.5倍，對咖啡植株的促生效果最好。

2.3 ?施用堆漚腐熟咖啡果皮對咖啡植株根系生長參數(shù)的影響

由圖2A可看出，施用粉碎果皮+酶處理的總根長顯著高于其他處理，果皮、粉碎果皮、果皮+酶3個處理的總根長呈逐級遞增趨勢，且均顯著高于對照處理。施用粉碎果皮+酶、果皮、粉碎果皮、果皮+酶的咖啡苗總根長分別是對照的3.0、1.8、2.0和2.2倍。施用粉碎果皮+酶的處理根系表面積顯著高于其他處理，粉碎果皮、果皮+酶2個處理的根系表面積差異不顯著，但均顯著高于對照和添加果皮處理（圖2B）。由圖2C表明，對照處理的根系直徑最長，處理粉碎果皮+酶與果皮不顯著。處理粉碎果皮與果皮+酶也不顯著，但均顯著大于粉碎果皮+酶和果皮的處理。由圖2D可看出，施用粉碎果皮+酶的咖啡根系總體積最大，與粉碎果皮+酶處理相比，對照、果皮、粉碎果皮、果皮+酶分別降低了53.5%、42.9%、24.5%、17.5%。由此可見，施用5%粉碎咖啡果皮+酶的處理，總根長、根系表面積和總體積最大，根系直徑最小，須根最多。

2.4 ?施用果皮對咖啡植株光合特性的影響

由圖3A表明，施用不同堆漚處理后的果皮均可提高咖啡植株葉片光合速率，與對照相比，施用粉碎果皮+酶、果皮、粉碎果皮、果皮+酶的處理植株葉片光合速率分別增加50.01%、23.73%、34.95%、36.06%。對照處理的植株葉片氣孔導(dǎo)度明顯高于施用不同咖啡果皮的處理（圖3B）。由圖3C、3D可看出，施用果皮及粉碎果皮的處理，咖啡植株葉片胞間CO2濃度和蒸騰速率無顯著差異，但均低于其他處理。

2.5 ?施用果皮對咖啡植株葉片葉綠素含量和氮平衡指數(shù)的影響

施用不同堆漚處理后的果皮均可顯著增加咖啡植株葉片葉綠素含量和氮平衡指數(shù)，其中施用粉碎果皮+酶的處理葉綠素含量和氮平衡指數(shù)最高，施用粉碎果皮、果皮及果皮+酶的處理間的差異不顯著（圖4）。與對照相比，施用不同堆漚處理后的果皮咖啡葉綠素含量增加0.49～0.80倍，氮平衡指數(shù)增加1.12～1.72倍。

3 ?討論

3.1 ?不同堆漚處理對咖啡果皮養(yǎng)分含量的影響

本研究結(jié)果表明，咖啡果皮養(yǎng)分含量較高，不同堆漚處理對咖啡果皮全氮、速效鉀、鈣等礦質(zhì)養(yǎng)分含量無顯著影響。添加纖維素酶和果膠酶堆漚處理后有機質(zhì)含量雖有降低，但仍達85%以上。全氮、速效鉀含量分別在1.33%～1.52%和4.64%～5.00%之間，鈣、鎂、鐵含量在0.90%～ 1.10%。其表明咖啡果皮經(jīng)堆漚處理后對有機質(zhì)及礦質(zhì)養(yǎng)分含量影響較小，咖啡果皮可作為一種理想的有機肥源，經(jīng)過堆漚腐熟后歸還土壤。

3.2 ?施用咖啡果皮對咖啡植株生物量的影響

施用未經(jīng)腐熟的咖啡果皮量超過5%會抑制咖啡幼苗的生長發(fā)育，降低土壤的pH，但會增加土壤中堿解氮、速效磷、速效鉀等養(yǎng)分含量[12]。本研究結(jié)果顯示，施用經(jīng)不同堆漚處理后的咖啡果皮對咖啡植株幼苗地下部、地上部生長均具有顯著的促進作用，其可能是因為咖啡果皮堆漚后果皮中含有的對植物生長有抑制作用的酚類、黃酮類和咖啡因等自毒物質(zhì)[18]被微生物分解所致。另外，施用不同堆漚處理后的咖啡果皮對植株促生效果不同，以果皮粉碎后加纖維素酶和果膠酶的堆漚處理咖啡植株鮮、干重，總根長、根系表面積及根系總體積最大，但根系直徑最小，其原因可能是粉碎果皮經(jīng)纖維素酶和果膠酶分解后，減少了果膠等不利于植株生長的成分含量，增加了須根生長量。

3.3 ?施用咖啡果皮對咖啡植株生理指標的影響

植株生理特性是衡量植物生長發(fā)育狀況的重要指標之一。光合作用是通過植物中的葉綠素來吸收陽光的能量，同化二氧化碳和水，釋放氧氣并形成有機物的過程[19]，同時也是形成干物質(zhì)的主要途徑。光照的強度會影響到植物光合作用的強弱，光合作用的強弱會影響到有機物的積累，因此，光照對植物生產(chǎn)力起著重要的決定性作用。葉綠素含量的多少也能反映植物光合作用能力的強弱。氮平衡指數(shù)也是反映植物長勢的重要指標，可用來評估葉片氮素營養(yǎng)狀況。國靖等[20]研究指出，氮、磷、鉀同施能夠使土壤元素含量更均衡，促進銀杏對營養(yǎng)元素的吸收，提高葉片光合作用效能。鄭小琴等[21]研究結(jié)果顯示，配方施肥可顯著提高薄殼山核桃葉片葉綠素含量以及光合作用能力。本研究中，施用不同堆漚處理后的果皮，咖啡植株光合速率、葉綠素含量和氮平衡指數(shù)表現(xiàn)出相似的變化趨勢，與對照相比均顯著增加，且以果皮粉碎添加纖維素酶和果膠酶堆漚的處理最高。其說明施用該處理的咖啡果皮可改善土壤養(yǎng)分狀況，利于咖啡植株光合作用和物質(zhì)累積，促進植物生長發(fā)育。

綜上，咖啡果皮礦質(zhì)養(yǎng)分含量豐富，經(jīng)不同方式堆漚腐熟處理后對養(yǎng)分含量影響較小。施用堆漚腐熟的咖啡果皮可顯著提高咖啡植株生物量，促進根系生長，增強葉片光合作用、葉綠素含量及氮平衡指數(shù)。腐熟的咖啡果皮可應(yīng)用于咖啡種植生產(chǎn)中，以減少化肥施用量，促進咖啡的綠色高效種植。

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