全 文 ：2 0 1 4 年 8 月 农 业 机 械 学 报 第 45 卷 第 8 期
doi:10． 6041 / j． issn． 1000-1298． 2014． 08． 025
水氮耦合下小粒咖啡幼树生理特性与水氮利用效率*
刘小刚1 张 岩1 程金焕2 钟 原1 杨启良1
(1．昆明理工大学现代农业工程学院，昆明 650550;2．云南省农业科学院热带亚热带经济作物研究所，保山 678025)
摘要:为探明经济热作小粒咖啡幼树的水氮精准管理模式，研究了 4 个灌水水平(WS，75% ～85%田间持水量;WH，
65% ～75%田间持水量;WM，55% ～65%田间持水量;WL，45% ～55%田间持水量)和 4 个施氮水平(NH，0. 60 g /kg;
NM，0. 40 g /kg;NL，0. 20 g /kg;NZ，0 g /kg)对小粒咖啡幼树生理特性及水氮吸收利用的影响。结果表明:与 WL相比，
增加灌水使叶绿素、类胡萝卜素、丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量分别降低 5. 8% ～ 15. 5%、6. 0% ～ 14. 4%、14. 2% ～
30. 3%、27. 6% ～ 60. 0%和 22. 6% ～ 57. 5%，使根系活力和水分利用效率分别提高 15. 8% ～ 63. 8%和 21. 6% ～
29. 6%，降低土壤硝态氮均值 21. 5% ～ 36. 2%。与 NZ相比，增加施氮使丙二醛降低 23. 8% ～ 49. 8%，叶绿素、类胡
萝卜素、脯氨酸、可溶性糖、根系活力和水分利用效率分别提高 49. 0% ～ 88. 4%、21. 9% ～ 60. 9%、509% ～ 703%、
20. 7% ～ 52. 3%、23. 5% ～ 41. 8%和 21. 6% ～ 53. 9%，同时土壤硝态氮均值增加 2. 73 ～ 14. 44 倍。NZ和 NL 时氮素
吸收总量与灌水量显著正相关;NM 和 NH 时水分利用效率和氮素吸收总量均随灌水量先增后减。不同灌水条件
下，水分利用效率、氮素吸收总量均与施氮量呈显著二次曲线关系。NMWH组合的水分利用效率最大，同时 NM和
NH处理的氮素表观利用效率和氮素吸收效率最大，因此 NMWH为水氮高效利用组合。
关键词:小粒咖啡 水氮耦合 生理特性 水氮利用
中图分类号:S311;S571. 2 文献标识码:A 文章编号:1000-1298(2014)08-0160-07
收稿日期:2014-04-05 修回日期:2014-04-25
* 国家自然科学基金资助项目(51109102、51379004)和云南省应用基础研究资助项目(2010ZC043、2013FB024、KKSY201223076)
作者简介:刘小刚，副教授，主要从事节水灌溉理论与技术研究，E-mail:liuxiaogang888@ tom． com
引言
咖啡豆分小粒种、中粒种和大粒种，全世界小粒
种的种植面积和产量占 80%以上。我国云南是小
粒种咖啡的主产区，但云南小粒咖啡种植区 90%的
降水集中在 6 ～ 10 月份，而在开花结果期(3 ～ 5 月
份)土壤水分极度亏缺［1］;同时小粒咖啡种植以山
坡地为主，土壤肥力较低。季节性干旱和土壤贫瘠
是制约我国小粒咖啡优质高产的两大因素［1 － 2］。单
纯施肥和灌水往往不能有效改善林木的生长状况，
应将二者综合考虑［3］。研究发现，采取合理的水肥
管理措施可显著改善矮化红富士幼树的营养状况，
促进新梢生长和提早开花结实［4 － 5］。不同水肥组合
对橡胶产量和干胶含量影响显著，氮肥与土壤水分、
磷肥及钾肥之间存在耦合效应［6］。氮肥对洋白蜡
生物量的作用在很大程度上受土壤水分的影响，不
同水肥配合的生物量积累不同［7］。土壤水分是影
响毛白杨生物量的主要因素，其次为氮肥和磷肥。
随着三者投入量的增加，毛白杨生物量增加;当三者
增加到一定程度时，继续投入则使其生物量下
降［8］。前人对小粒咖啡生长的水肥耦合效应也作
了初步探索［1 － 2，9 － 10］，而有关水氮耦合对小粒咖啡
生长及水氮利用方面的研究还鲜见报道。
水氮是容易调控的两大生态因子，适宜的水氮
供给也是植物健康生长的前提［11］。研究水氮耦合
效应有助于制定合理的水氮供应模式，提高水氮利
用效率［12］。本文研究不同水氮组合对小粒咖啡幼
树生理特性、根区水氮迁移累积和水氮吸收利用的
影响，以期为小粒咖啡幼树的水氮高效管理提供一
定的理论依据和实践参考。
1 材料与方法
1. 1 试验材料
试验于 2012 年 4 ～ 12 月份在昆明理工大学智
能控制温室内完成，温度为 12 ～ 35℃，湿度为 50% ～
85%。4 月 12 日移栽龄期为 1 年且生长均一的小
粒咖啡幼树(卡蒂姆 P7963，云南潞江坝)到生长盆
(上底直径 30 cm，下底直径 22. 5 cm，高 30 cm)中，
盆底均匀分布 5 个直径为 0. 5 cm 的小孔保证根区
通气良好。供试土壤为燥红壤土，田间持水量为
24. 3%，土壤粒径 0 ～ 0. 02 mm 的颗粒占 7. 8%，
0. 02 ～ 0. 10 mm 颗粒占 32. 4%，0. 10 ～ 0. 25 mm 颗
粒占 45. 4%，0. 25 ～ 1. 00 mm 颗粒占 13. 4%。土壤
有机质质量比 5. 05 g /kg，全氮质量比 0. 87 g /kg，全
磷质量比 0. 68 g /kg，全钾质量比 13. 9 g /kg。每盆
装土 14 kg，装土容重为 1. 2 g /cm3。
1. 2 试验设计
试验设 2 个因素:灌水和氮肥。4 个灌水水平，
分别为充分灌水(WS，75% ～ 85%田间持水量)、高
水(WH，65% ～75%田间持水量)、中水(WM，55% ～
65%田间持水量)和低水(WL，45% ～ 55%田间持水
量)。4 个施氮水平，分别为高氮(NH，0. 60 g /kg)、
中氮(NM，0. 40 g /kg)、低氮(NL，0. 20 g /kg)和无氮
(NZ，0 g /kg)。磷肥和钾肥施入水平为 0. 5 g /kg。
完全组合设计，共 16 个处理，4 次重复。称量法控
制灌水，灌水处理前各处理土壤含水率控制在田间
持水量的 75% ～ 85%，缓苗后 50 d 后开始灌水处
理。试验于灌水处理后 192 d 结束。每 7 d 调换植
株位置 1 次，以减少环境造成的系统误差。
1. 3 测定项目及方法
分别在试验前期、中期和后期(7-9、9-26 和 12-
5)采集小粒咖啡根区土样，测定土壤硝态氮。土壤
硝态氮采用 1 mol /L的 KCl(土液质量比 1∶ 5)浸提，
紫外可见分光光度计测定［13］。叶片生理指标于 10
月 20 日(旺长期灌水前 1 d)取冠层顶部第 1 片完全
展开叶测定［14］，根系活力于 12 月 6 日测定。叶片
水分、叶绿素和类胡萝卜素含量、脯氨酸含量、丙二
醛含量、可溶性糖含量及根系活力分别采用称量法、
乙醇提取比色法、酸性茚三酮法、硫代巴比妥酸比色
法、蒽酮比色法和 TTC还原法测定［15］。试验结束时
将植株不同器官分开，105℃杀青 30 min 后 80℃干
燥至恒质量，用天平测定其干质量，凯氏定氮法测定
氮素含量［13］。
总耗水量由水量平衡方程计算，水分利用效率
为总干物质量与总耗水量比值。氮素吸收总量为植
株各器官氮素质量分数与其干物质量(单位:g /株)
乘积总和。氮素干物质生产效率为总干物质量与植
株氮素吸收总量的比值［16］。氮素表观利用效率为
施氮处理的氮素吸收量减去未施氮处理的氮素吸收
量再与施氮量的比值［17］。氮素吸收效率为植株氮
素吸收总量与施氮量的比值［18］。
1. 4 数据处理
采用 SAS 统计软件对数据进行方差分析
(ANOVA)和多重比较，多重比较采用 Duncan法进行。
2 结果与分析
2. 1 水氮耦合对小粒咖啡幼树生理特性的影响
灌水和氮素及其交互作用对小粒咖啡各生理指
标影响显著(表 1)。与 WL处理相比，增加灌水使叶
绿素、类胡萝卜素、丙二醛、脯氨酸和可溶性糖分别
降低 5. 8% ～ 15. 5%、6. 0% ～ 14. 4%、14. 2% ～
30. 3%、27. 6% ～ 60. 0%和 22. 6% ～ 57. 5%，而使
根系活力增加 15. 8% ～63. 8%。与 NZ相比，增加施
氮使叶绿素、类胡萝卜素、脯氨酸、可溶性糖和根系
表 1 水氮耦合对小粒咖啡幼树生理特性的影响
Tab． 1 Water-nitrogen coupling effect on physiological characteristic of young arabica coffee tree
氮素水平 灌水水平
叶绿素质量比 /
(mg·g － 1)
类胡萝卜素质量
比 /(mg·g － 1)
丙二醛摩尔质量
浓度 /(nmol·g － 1)
脯氨酸质量比 /
(μg·g － 1)
可溶性糖质量
分数 /%
根系活力 /
(μg·g － 1·h －1)
NH
WS 16. 83 ± 0. 15c 2. 47 ± 0. 03c 4. 11 ± 0. 51c 23. 38 ± 1. 83d 27. 27 ± 1. 45h 86. 90 ± 4. 19a
WH 17. 51 ± 0. 72b 2. 57 ± 0. 10b 5. 03 ± 0. 43c 50. 27 ± 2. 12c 34. 75 ± 1. 18g 71. 58 ± 4. 52a
WM 17. 96 ± 0. 57b 2. 72 ± 0. 07b 5. 14 ± 0. 12b 57. 06 ± 3. 13b 39. 54 ± 4. 39f 64. 65 ± 0. 65b
WL 18. 07 ± 0. 84a 2. 81 ± 0. 06a 5. 63 ± 0. 11a 69. 95 ± 2. 56a 48. 81 ± 4. 98e 52. 55 ± 3. 06c
NM
WS 15. 03 ± 0. 11f 2. 17 ± 0. 05f 4. 82 ± 0. 48c 25. 54 ± 2. 03h 26. 41 ± 3. 09d 86. 10 ± 6. 61d
WH 15. 94 ± 0. 36e 2. 34 ± 0. 06e 4. 20 ± 0. 21c 27. 05 ± 2. 84g 36. 57 ± 4. 19c 86. 53 ± 2. 53d
WM 16. 58 ± 0. 02e 2. 42 ± 0. 08e 5. 16 ± 0. 41b 40. 34 ± 2. 25f 47. 41 ± 5. 08b 70. 74 ± 2. 29e
WL 16. 94 ± 0. 20d 2. 47 ± 0. 06d 5. 14 ± 0. 09a 59. 31 ± 4. 75e 65. 74 ± 0. 90a 57. 23 ± 2. 26f
NL
WS 13. 99 ± 0. 08i 2. 10 ± 0. 08i 6. 76 ± 0. 19f 25. 37 ± 1. 89h 25. 35 ± 1. 11d 80. 61 ± 2. 74a
WH 14. 12 ± 0. 34h 2. 05 ± 0. 04h 6. 07 ± 0. 94f 35. 09 ± 0. 16g 46. 31 ± 2. 42c 72. 55 ± 7. 26a
WM 13. 74 ± 0. 32h 1. 94 ± 0. 05h 6. 58 ± 0. 25e 39. 18 ± 0. 67f 50. 35 ± 5. 41b 59. 81 ± 7. 74b
WL 13. 78 ± 0. 21g 1. 92 ± 0. 03g 9. 90 ± 0. 31d 53. 94 ± 1. 56e 67. 68 ± 1. 40a 48. 68 ± 0. 81c
NZ
WS 6. 17 ± 0. 07l 1. 26 ± 0. 13l 6. 76 ± 0. 19i 3. 97 ± 0. 69l 16. 79 ± 0. 25l 64. 97 ± 6. 78g
WH 8. 72 ± 0. 29k 1. 47 ± 0. 04k 9. 39 ± 0. 54i 3. 31 ± 1. 02k 27. 00 ± 2. 10k 74. 97 ± 6. 45g
WM 9. 71 ± 0. 07k 1. 70 ± 0. 10k 10. 77 ± 0. 19h 5. 10 ± 1. 32j 37. 38 ± 1. 22j 35. 94 ± 0. 16h
WL 12. 75 ± 0. 06j 2. 14 ± 0. 07j 11. 55 ± 0. 56g 12. 60 ± 1. 70i 43. 41 ± 2. 65i 36. 05 ± 2. 37i
注:数据为平均值(n = 4) ，同列数据后不同小写字母表示差异显著(P ＜ 0. 05) ，下同。
161第 8 期 刘小刚 等:水氮耦合下小粒咖啡幼树生理特性与水氮利用效率
活力分别提高 49. 0% ～ 88. 4%、21. 9% ～ 60. 9%、
509% ～703%、20. 7% ～52. 3%和 23. 5% ～41. 8%，
而使丙二醛降低 23. 8% ～ 49. 8%。可溶性糖和根
系活力随施氮量的增加先增后降，NM处理的最高。
与 NZWL相比，除 NZ处理外，其余各处理使叶绿素和
脯氨酸分别提高 8. 1% ～ 41. 7% 和 85. 5% ～
327. 9%;NM和 NH各处理提高类胡萝卜素 9. 7% ～
31. 5%。与 NZWL相比，增加水氮供给丙二醛降低
6. 8% ～63. 6%;除 NZWM处理对根系活力影响不明
显外，其余处理提高根系活力 35. 0% ～141. 1%。
2. 2 水氮耦合对根区硝态氮累积的影响
统计表明，灌水和氮素及其交互作用对小粒咖
啡根区土壤硝态氮含量影响显著(图 1)。与 WL相
比，增加灌水使第 1 次、第 2 次、第 3 次硝态氮测量
值及土壤硝态氮均值分别降低 11. 1% ～ 17. 2%、
21. 4% ～ 49. 0%、37. 6% ～ 52. 4% 和 21. 5% ～
36. 2%。随着灌水和植株对氮素的吸收利用，土壤
硝态氮含量明显降低。与 NZ相比，增加施氮使第 1
次、第 2 次、第 3 次硝态氮测量值及土壤硝态氮均值
分别提高 4. 78 ～ 20. 13 倍、1. 51 ～ 11. 76 倍、1. 88 ～
11. 23 倍和 2. 73 ～ 14. 44 倍。与 NZWL处理相比，除
NZWM处理外，其余各处理分别提高第 1 次、第 2 次、
第 3 次硝态氮测量值和土壤硝态氮均值的 2. 16 ～
48. 12倍、2. 34 ～ 34. 97 倍、2. 30 ～ 38. 43 倍和 2. 27 ～
40. 55 倍。总之，随着时间的推移，各处理土壤硝态
氮含量明显下降，降幅与灌水水平正相关。
图 1 水氮耦合对小粒咖啡幼树根区土壤硝态氮含量的影响
Fig． 1 Water-nitrogen coupling effect on soil NO －3 -N content in rootzone of young arabica coffee tree
2. 3 水氮耦合对水分和氮素利用效率的影响
灌水和氮素及其交互作用对小粒咖啡水分利用
效率、氮素吸收总量、氮素干物质生产效率、氮素表
观利用效率及氮素吸收效率影响显著(表 2)。与
WL相比，增加灌水使水分利用效率、氮素吸收总量、
氮素干物质生产效率、氮素表观利用效率和氮素吸
收效 率 分 别 提 高 21. 6% ～ 29. 6%、54. 1% ～
90. 0%、6. 0% ～ 22. 6%、151% ～ 209%和 66. 0% ～
105. 6%，这表明增加灌水能促进植株的水氮吸收利
用。与 NZ相比，增施氮肥使水分利用效率和氮素吸
收总量分别提高 21. 6% ～ 53. 9%和 126% ～ 192%，
而氮素干物质生产效率降低 44. 0% ～ 56. 4%。与
NL相比，NM处理氮素表观利用效率和氮素吸收效率
分别降低 38. 4%和 43. 5%，NH使二者分别降低为
49. 5%和 57. 1%。表明施氮虽然增加了氮素吸收
总量，但降低了氮素吸收效率。与 NZ WL相比，除
NZWM提高氮素吸收总量不明显外，其余处理氮素吸
收总量增加 29. 2% ～ 333. 6%;除 NZ WM、NZ WH和
NZWS外，其余处理氮素干物质生产效率降低 32. 1%
～58. 9%。与 NLWL相比，除 NMWL和 NHWL外，其余
处理氮素表观利用效率提高 32. 1% ～ 265. 0%。NL
时氮素吸收效率随灌水水平的提高而提高;NM时
WL的氮素吸收效率降低 45. 1%，WS和 WH的氮素吸
收效率分别增加 11. 5%和 14. 4%;NH时各处理氮素
吸收效率降低 7. 8% ～ 51. 4%。表明氮肥供给水平
较低时，增加灌水能提高氮素吸收效率;而氮肥供给
水平较高则抑制氮素吸收效率。
2. 4 小粒咖啡的水氮利用关系
统计分析表明(表 3) ，NZ时氮素吸收总量与灌
水量显著正相关，NL时水分利用效率和氮素吸收总
量均与灌水量显著正相关，NM和 NH时水分利用效
率和氮素吸收总量均与灌水量呈显著二次曲线关
系，氮素表观利用效率与灌水量显著正相关。不同
灌水条件下，水分利用效率和氮素吸收总量均与施
氮量呈显著二次曲线关系，氮素表观利用效率与施
氮量显著负相关。
3 讨论
水分和养分胁迫时，植株通过叶面积、根冠比、
质膜透性、内渗透调节物质和酶活性等生理生态指
261 农 业 机 械 学 报 2 0 1 4 年
表 2 水氮耦合对小粒咖啡幼树水氮利用效率的影响
Tab． 2 Water-nitrogen coupling effect on water and nitrogen use efficiency of young arabica coffee tree
氮素水平 灌水水平
水分利用效率 /
(kg·m －3)
氮素吸收总量 /
(g·株 － 1)
氮素干物质生产
效率
氮素表观利用
效率 /%
氮素吸收效率 /
%
WS 2. 86 ± 0. 14a 2. 18 ± 0. 11a 45. 43 ± 0. 37m 25. 49 ± 1. 25a 36. 31 ± 1. 92a
NH
WH 2. 55 ± 0. 11ab 1. 80 ± 0. 16b 39. 99 ± 0. 62n 18. 85 ± 2. 22b 29. 97 ± 2. 66b
WM 2. 63 ± 0. 26b 1. 70 ± 0. 22c 36. 93 ± 1. 11o 19. 62 ± 3. 00b 28. 27 ± 3. 64c
WL 2. 02 ± 0. 06c 1. 15 ± 0. 05d 33. 65 ± 0. 74p 10. 76 ± 0. 76c 19. 13 ± 0. 86d
WS 2. 71 ± 0. 15a 1. 76 ± 0. 12e 52. 76 ± 0. 42i 27. 67 ± 1. 64a 43. 91 ± 2. 88e
NM
WH 2. 95 ± 0. 10ab 1. 80 ± 0. 05f 44. 68 ± 0. 42j 28. 38 ± 0. 54b 45. 07 ± 1. 22f
WM 2. 79 ± 0. 05b 1. 56 ± 0. 02g 42. 93 ± 0. 37k 25. 98 ± 1. 42b 38. 97 ± 0. 46g
WL 2. 11 ± 0. 14c 0. 86 ± 0. 09h 42. 12 ± 0. 40l 9. 06 ± 2. 81c 21. 62 ± 2. 24h
WS 2. 42 ± 0. 04e 1. 69 ± 0. 04i 55. 58 ± 0. 48e 52. 09 ± 4. 53d 84. 56 ± 2. 22i
NL
WH 2. 18 ± 0. 13ef 1. 50 ± 0. 14j 49. 33 ± 1. 26f 41. 60 ± 5. 55e 74. 97 ± 7. 06j
WM 2. 07 ± 0. 07f 1. 32 ± 0. 05k 47. 71 ± 0. 47g 39. 85 ± 3. 72e 65. 82 ± 2. 44k
WL 1. 68 ± 0. 02g 0. 79 ± 0. 02l 47. 76 ± 0. 83h 14. 27 ± 2. 38f 39. 39 ± 1. 15l
WS 1. 76 ± 0. 12h 0. 65 ± 0. 05m 98. 06 ± 0. 88a
NZ
WH 1. 76 ± 0. 08hi 0. 67 ± 0. 03n 87. 99 ± 0. 40b
WM 1. 65 ± 0. 14i 0. 52 ± 0. 05o 90. 20 ± 0. 84c
WL 1. 69 ± 0. 16j 0. 50 ± 0. 03p 81. 84 ± 0. 55d
表 3 水氮耦合对小粒咖啡幼树水氮利用关系的影响
Tab． 3 Water-nitrogen coupling effect on relationship of water and nitrogen use of young arabica coffee tree
X Y 回归模型 决定系数 Ｒ2 P值
Y = － 0. 003 5X2 + 0. 237 2X － 1. 188 4(NH) 0. 593 0. 017 3
水分利用效率 /(kg·m －3) Y = － 0. 006 1X2 + 0. 347 4X － 2. 018 6(NM) 0. 753 0. 001 8
Y = 0. 043 8X + 0. 714 1(NL) 0. 863 1 ＜ 0. 001
Y = 0. 006 2X + 1. 525 3(NZ) 0. 023 0. 630 0
灌水量 /(L·株 － 1) Y = － 0. 002 6X2 + 0. 204 6X － 1. 786 3(NH) 0. 779 6 0. 001 1
氮素吸收总量 /(g·株 － 1) Y = － 0. 005X2 + 0. 308 8X － 2. 947 7(NM) 0. 918 5 ＜ 0. 001
Y = 0. 055 9X － 0. 426 5(NL) 0. 916 7 ＜ 0. 001
Y = 0. 014 9X + 0. 129 6(NZ) 0. 490 4 0. 012 4
氮素表观利用效率 /% Y = 1. 651 1X － 19. 758 0. 672 8 0. 001 0
水分利用效率 /(kg·m －3) Y = － 0. 031 2X2 + 0. 334 2X + 1. 672 1 0. 537 3 ＜ 0. 001
施氮量 /(kg·kg －1) 氮素吸收总量 /(g·株 － 1) Y = － 0. 033 1X2 + 0. 375 2X + 0. 614 9 0. 588 0 ＜ 0. 001
氮素表观利用效率 /% Y = － 4. 568 8X + 44. 41 0. 322 3 ＜ 0. 001
标的变化作出适应性反应［19］。干旱胁迫抑制叶绿
素的生物合成，提高叶绿素酶活性并加速叶绿素分
解，导致叶绿素含量显著下降［20］。而本试验发现，
增加灌水不同程度地降低了叶绿素和类胡萝卜素，
这可能与水分亏缺程度及灌水降低根区土壤矿物氮
浓度有关。土壤水分亏缺时，为保证组织水势下降
时细胞膨压得以尽量维持和生理代谢活动的正常进
行，植株积累大量的渗透调节物质，防止细胞和组织
脱水并提高水分利用率［21］。本研究也表明，增加灌
水能不同程度地降低丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含
量，同时能促进根系的新陈代谢和吸收补偿功能。
干旱条件下，施氮可以增加植物体内可溶性有机物
质和无机离子的积累，提高植株的渗透调节能力，改
善植株水分状况［22］。本研究中，适量施氮明显促进
了小粒咖啡叶片脯氨酸和可溶性糖的积累，增强渗
透调节能力，而过量施氮抑制了可溶性糖和根系活
力的提高。这可能是由于适宜的施氮促进了氮代
谢，同时也提高了植株碳同化效率，而参与渗透调节
的许多物质为碳氮代谢的产物［23］，施氮过量后，植
株吸氮量增加，氮素同化需要更多的碳骨架和能量，
进而会影响其他代谢过程，可溶性糖含量下降可能
与叶端糖输出增加有关，也可能与光合能力不足有
关。本研究发现，叶片丙二醛含量随施氮量的增加
而逐渐降低，说明适当提高施氮水平可以缓解膜脂
过氧化作用，增强抗逆性。另外发现，灌水对小粒咖
啡叶片生理指标的影响与施氮水平密切相关。NZ
时增加灌水抑制了叶绿素和脯氨酸累积，施氮对叶
绿素和脯氨酸的促进作用受灌水水平的影响不明
361第 8 期 刘小刚 等:水氮耦合下小粒咖啡幼树生理特性与水氮利用效率
显。NZ时充分灌水限制了根系正常的生理代谢，降
低了根系活力，可能的原因是 NZWS处理的光合速率
较低，光合同化物向根部的供应减少，进而影响根系
活力［24］，表明单独通过增加灌水来促进植株根系活
力的作用是有限的;施氮时根系活力随着灌水水平
增加而增加。
土壤水分和硝态氮含量与作物对水分和氮素的
吸收利用有关。WL时的土壤硝态氮累积明显，主要
由于 WL处理抑制了干物质生产，从而降低了氮素吸
收利用。提高施氮量能促进植株氮素吸收总量，但
抑制了氮素吸收效率［25］。研究表明，NZ时氮素吸收
总量与灌水量显著正相关，这与增加灌水促进干物
质累积有关。NL时水分利用效率和氮素吸收总量
均与灌水量显著正相关;当施氮水平较高时(NM和
NH处理) ，水分利用效率和氮素吸收总量均随灌水
水平先增后减。结果说明，当施氮水平较低时，通过
增加灌水量对提高氮素吸收总量是有效的，而当施
氮水平较高时，灌水量低于阈值时水氮表现出明显
的节水互补效应，灌水量高于阈值时水分利用效率
呈下降趋势。氮素表观利用效率与灌水量显著正相
关，主要由于水分亏缺加重时会抑制作物根系生长，
降低根系吸收面积和吸收能力，使木质部液流粘滞
性增大，降低作物对土壤养分的吸收和运输。同时，
水分影响土壤养分的化学有效性与动力学有效性，
严重水分亏缺时土壤的有效养分不能变为根际的实
际有效养分。施氮量与水分利用效率、氮素吸收总
量均呈显著二次曲线关系，这与对甜瓜的研究结果
相吻合［26］。施氮量与氮素表观利用效率显著负相
关，这也与施氮水平较高时土壤硝态氮累积较多相
统一。研究表明，表观氮素损失随施氮量的增加而
增加，氮素表观损失量与供氮水平正相关;同时高施
氮量适当下调，可减少氮素残留对环境的污
染［27 － 28］。本研究结果发现，NL处理虽然可以获得
较高的氮素吸收效率和氮素表观利用效率，但其水
分利用效率远低于 NM和 NH处理。NMWH组合的水
分利用效率最大，同时能获得 NM和 NH处理下最大
的氮素表观利用效率和氮素吸收效率。
4 结论
(1)与低水相比，增加灌水使小粒咖啡叶绿素、
类胡萝卜素、丙二醛、脯氨酸和可溶性糖含量分别降
低 5. 8% ～ 15. 5%、6. 0% ～ 14. 4%、14. 2% ～
30. 3%、27. 6% ～ 60. 0%和 22. 6% ～ 57. 5%，根系
活力和水分利用效率分别提高 15. 8% ～ 63. 8%和
21. 6% ～ 29. 6%。低水处理的土壤硝态氮明显累
积，抑制了氮素吸收利用。
(2)与无氮相比，增加施氮使丙二醛含量降低
23. 8% ～49. 8%，叶绿素、类胡萝卜素、脯氨酸、可溶
性糖、根系活力和水分利用效率分别提高 49. 0% ～
88. 4%、21. 9% ～ 60. 9%、509% ～ 703%、20. 7% ～
52. 3%、23. 5% ～ 41. 8%和 21. 6% ～ 53. 9%。与低
氮相比，中氮和高氮处理氮素吸收效率分别降低
43. 5%和 57. 1%。
(3)中氮高水的水分利用效率最大，同时中氮
和高氮下的氮素表观利用效率和氮素吸收效率也最
大。因此，中氮高水为水氮高效利用组合。
参 考 文 献
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Biochemical Property and Water and Nitrogen Use Efficiency of Young
Arabica Coffee Tree under Water and Nitrogen Coupling
Liu Xiaogang1 Zhang Yan1 Cheng Jinhuan2 Zhong Yuan1 Yang Qiliang1
(1． Faculty of Modern Agricultural Engineering，Kunming University of Science and Technology，Kunming 650550，China
2． Tropical and Subtropical Economic Crops Institute，Yunnan Academy of Agricultural Sciences，Baoshan 678025，China)
Abstract:The object was to explore precise management mode of water and nitrogen to tropical economic
crop of young arabica coffee tree，using four levels of irrigation，WS(75% ～ 85% field capacity)，WH
(65% ～75% field capacity)，WM(55% ～ 65% field capacity)and WL(45% ～ 55% field capacity)，
and four levels of nitrogen，NH(0. 60 g /kg) ，NM(0. 40 g /kg) ，NL(0. 20 g /kg)and NZ(0 g /kg)． The
effect of irrigation and nitrogen on biochemical index and water and nitrogen use of arabica coffee young
tree was studied． The result showed that，compared with WL，increasing irrigation amount reduced
chlorophyll，carotenoid，malondialdehyde，proline and soluble sugar by 5. 8% ～ 15. 5%，6. 0% ～
14. 4%，14. 2% ～ 30. 3%，27. 6% ～ 60. 0% and 22. 6% ～ 57. 5% respectively，and increased root
activity and water use efficiency by 15. 8% ～ 63. 8% and 21. 6% ～ 29. 6%，and reduced the average
value of soil NO －3 -N by 21. 5% ～ 36. 2% ． Compared with NZ， increasing nitrogen rate reduced
malondialdehyde by 23. 8% ～49. 8%，while increased chlorophyll，carotenoid，proline，soluble sugar，
root activity and water use efficiency by 49. 0% ～88. 4%，21. 9% ～60. 9%，509% ～703%，20. 7% ～
52. 3%，23. 5% ～ 41. 8% and 21. 6% ～ 53. 9% respectively，and increased the average value of soil
NO －3 -N by 2. 73 ～ 14. 44 times． Total N uptake was positively correlated with irrigation amount under NZ
and NL treatment，and water use efficiency and total N uptake increased at first and then decreased with
irrigation amount under NM and NH treatment． Water use efficiency and total N uptake were quadratic
curve relation with nitrogen rate under deferent irrigation treatment． Water use efficiency of NM /WH
treatment was the largest，and N apparent recovery fraction and N uptake efficiency were the largest under
NM and NH treatment． Thus combination of NM /WH was the efficient use of water and nitrogen of young
arabica coffee tree．
Key words:Arabica coffee Water and nitrogen coupling Biochemical property Water and nitrogen
use
661 农 业 机 械 学 报 2 0 1 4 年