全 文 ：排灌机械工程学报
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水 、 氮和保水辦小粒講水翻 ■彡 口自
刘 小 刚 ， 殷欣 ， 符娜 ， 杨启 良 ， 杨新荣
昆明 理工大学 现代农业 鮮院 ， 云
刘 小刚
摘要 ： 为探求小粒咖啡幼 树的 最 佳 水 氮 管 理及 高 效利 用 模式 ， 通过 种灌 水水平 （ 中 水 （ ，
和 低水 （ 、 种施氮 水平 （ 高 氮 （ ， ， 低氮 乂 ，
和无 氮 乂 和 种保水 剂 水平 （ 有保 ， 和无保 的 完全处理组
合 研究灌 水 、 氮素 营养及保水剂 对小 粒咖 啡幼树根 区 土壤水 氮 累 积 、 干 物 质 生产 和水 氮吸收利
用 的 影 响 研究表 明 ： 和 ％ 相 比 提 高 总干物 质量 、 水分利 用 率 、 氮素 吸收总 量和 氮素干 物质
生产效率分别 为 和 和 相 比 ， 和 提 高 水分利 用 率和 氮素
吸收总量 的 效果基本相 同 和 相 比 ， 提 高 土壤硝 态 氮质 量 比 、 总干物 质 量 、 水 分利 用 率和氮
素 吸收总 量分 别 为 ， 和 ， 而 降低 氮素 干 物 质 生 产 效 率
在 中 等供水 和低氮 （ ， 条件 下 ， 配 施保水剂 能有 效调 控土
壤水氮供给状况 ， 促进干 物质 生产 和提 高 水 氮 利 用 效率 因 此 在本试验 条件 下 ， 有利 于 小 粒咖
啡水 氮 高 效利 用 的 最优试验组合 为 『
关键词 ： 小粒咖啡 ； 水分 ； 氮素 保水剂 ； 干物 质生 产 ； 水氮利 用
中 图分类 号 ： 文 献标志码 ： 文章编 号 ：
刘小刚 殷欣 符娜 ， 等 水 、 氮和保水剂对小粒咖啡水氮利 用的影响 ■ 排灌机械工程学报
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收稿 日 期 ： 网络 出版时间 ：
网络 出版地址 ：
基金项 目 ： 国 家 自 然科学基金资助项 目 （ 云南省应用基础研究资助项 目 （ 云
南省教育厅科学研究基金资助重点项 目
作者简 介 ： 刘小刚 （ ， 男 ， 甘肃 庆阳人 副教授 ， 博士 （ 主要从事节水灌溉理论 与技术研究
殷欣 （ — 男 ， 湖北 广水人 硕 士研究生 （ 主要从事计算机在农业工程 中的应用研究
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『
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云南小粒咖啡以 山 坡地种植 为 主 ， 其生 长和 产 耦合效应方面 的研究报道较少
量受长达半 年的 季节性干旱 和土 壤 营养 不足 的双 文中通过研究保 水剂 、 氮肥和 灌 水 对小粒咖 啡
重制 约 小粒咖啡种植区 的降 水 集中 在 月 至 幼树根区土壤水氮迁 移 、 干物质生产和 水分利 用 率
月 ， 而在开花结果期 月 至 月 ） 土壤水分极度 及氮素吸收的影响 ， 以 期 为 小粒咖啡幼树 的水 氮 协
亏缺 水分和肥料是影响 旱地农业生产的 主要胁 调和 水氮的 高效利 用 提供一 定的 理论依据 和 实践
迫 因子 ， 也是联因互补 、 不 可分割 的 协同作用 体 ， 综 参考
合控制 水肥的这 个因子是减轻干旱胁迫 和农业面
源污染的根本方法之一… 目 前 ， 国 内外对于木本 材料与方法
植物 ， 尤 其 是 热带 特 色 林 果 的 水 肥 耦 合 研究 较
少 前人对小粒咖啡生长 的水肥耦合效应做了 初 试验地点和 材料
步探索 研究表明 小粒咖 啡 的水 肥需求量较大 ， 旱 试验设在昆明理工大学智 能控制 温室 内 完 成 ，
季采用秸秆覆盖结合滴灌能显著 促进植 株生长 ， 同 温度 为 ， 湿度 为 无遮 阴
时提高水分利用率⑴ 研究不同水肥处理 种 氮磷 年 月 日 移栽 龄期 为 的 小粒咖啡幼树
钾水平和 种灌水制 度 ） 对移栽 后 咖啡生 长 的 （ 卡蒂姆 ， 云南 潞江坝 ） 到 生长 盆 （ 上底 宽
影响 结果表 明 ， 氮 肥和 钾肥对小粒 咖 啡新梢生 长 下底 宽 高 中 ， 盆底 均匀 分布
影响显著 ， 同 时 氮肥 影 响 枝条 的腋 芽数 ， 而氮 、 磷 、 个直径为 的小孔 ， 以保证根 区通气 良 好 装
钾 对地上干物质量和 叶面积指数影响不 明显 灌水 土容重为 ， 每盆装土 供试土壤为昆
促进小粒咖 啡生长 发育的效果大于施肥 灌 水量 明燥红壤土 ， 田 间持水量 为 ， 土 壤颗粒 从
为 倍蒸散量时小粒咖啡 的产量最高 分次施肥 占 ， 占
提高产量不 明 显 氮 肥对小粒咖 啡生 长 、 光合特 ， 占
性和产量 的影响最大 ， 钾 肥次之 磷肥最小 而有 占 土壤有机质质量比为
关水氮调控 对小粒咖 啡生长 及水 氮利 用 的影响 研 全氮 为 全磷 为 全 钾 为
究报道较少 保水剂 为 的 白 色颗粒 ， 其
云南小粒咖啡种植区 热量充足 旱季持续时间 化学成分为脱钠处理的 聚丙烯酸 钠高 吸 水树脂 （ 北
长 ， 蒸发强烈 ， 土壤水分亏 缺严重 ， 土壤退化且蓄水 京 ， 吸涛 ） ， 吸蒸馏水倍率 肥料采 用 尿
保肥差 保水剂 作 为一 种 新型 高 效 吸 水材 料 ， 能 根 素 （ 含氮量 奶％ 和磷酸二氢钾 （ 分析纯 ） ■
据植物需要缓 慢释放水 分 并能反 复 吸放水 分 ， 可 试验设计
多年使用 ， 还 可 以 改善上壤物理特性 增加 水 分人 试验设 个因素 ： 灌水 、 氮肥和 保水 剂 由 于保
渗和持水 能力 ， 同 时缓解植物 干旱胁迫和 凋 萎 ， 水剂 在土壤水分过高 时节水效 果不 明 显 本 试验采
促进生长和 增加 产 量 ， 降低灌 溉需 水 量 ， 大幅 提高 用 个灌水水平 ， 即 中水 （ ％ ， 和低
水肥利用 效率 田 间试验证明 ， 土壤保水剂与氮 水 ’ 个氮肥 水 平 ： 高 氮 （
肥配合使用 吸氮量和氮肥利用率分 别提高 丨 、 低氮 ， 和无氮 （ ，
和 单施保水剂 和单施氮 肥的马 铃薯产量 个保水 剂 水平 ： 有保 （ 和 无保 （
分别增加 和 ， 土壤保水剂加 氮肥使马 各 处 理 磷 肥 和 钾 肥 质 量 比 均 为
铃薯产量增 加 以上 以热带特 色作物小粒 （ 风干土 ） 装 土时保水 剂 、 氮 肥和 磷 酸二
咖啡的水肥高效利 用 为 目 的 ， 有关保水 剂 与 水肥的 氢钾 一次性 均 匀拌 土施 入 各处理重复 次 经过
F ? — —
缓苗后 ， 年 月 日 开始水分处理 称重
法控制土壤的水分 ， 在进行水分处理前各处理土壤 结果与分析
含水率控制 在 试验于 水分处理后
结束 为 减少环境造成 的系统误差 ， 每 调 小粒咖 啡根 区水氮累积
换植株位置 次 土壤水分
测 定项 目 及方法 灌水对 次土壤 含水率影响 显著 ， 施氮对第
分别在不 同生长期 （ 月 日 ， 月 日 和 次土壤含水率 影响 显著 ， 保水剂 对第 ， 次土 壤
月 日 ） 测 定根 区 土壤水 分和 硝态 氮质量 比 距 基 含水率影响 显著 （ 见表 和 ％ 相 比 ， 提高 土
茎 处每隔 分 层取土 ， 土 壤含 水率用烘 壤含水率 和 相 比 ， 提高 第
干法测定 硝态氮质量 比采用 土液 比 次土壤含 水率 提 高 不 明 显 和 相
浸提 ， 紫外可见分光光度计测 定 文中 土壤 比 提 高 第 ， 次 土壤 含 水率 分别 为
水分和硝态氮质量比取 个层次 的均值 和
试验结束时 年 月 日 ） 将植株鲜样按 土壤硝 态 氮
不同器官分开 ， 杀青 后 烘至恒质 灌水对第 ， 次土壤硝态氮质量比影响 显著 ’
量 ， 用天平测定其干 质量 植株样品 经烘干 、 粉 碎过 施氮和保水 剂对 次土壤硝态氮 质量 比影响 显著 ’
筛后 用 浓 法消 煮 ， 用凯 氏法测 定氮素质量 灌水 、 施氮和 保水 剂 的交互作用对第 ， 次土壤硝
比 总耗水量 由 水量平衡方程计算 水分利用率 态氮质量 比 影响 显著 （ 见表 和 识 相 比 ，
为总干物质量和 总耗水量 的 比值 氮素 吸 收总 量为 分别 降 低第 次土 壤硝 态 氮 质量 比 和
植株各器官氮素质量 比与其干物质量的乘积之和 和 相 比 ， ， ￥ 分别提高土壤硝态氮质
氮素干物质生产效率为 总干物 质量与 植株氮素 吸 量比 倍和 倍 和 相 比 ，
收总量的 比值 提 高 土 壤 硝 态 氮 质 量 比 和
数据处理 相 比 除 夕卜 ， 其余各处 理增加第
采用 软 件处理 数据 和 制 次硝 态 氮 质 量 比 丨 倍 ； 除 『
图 用 统 计软 件 的 和 外 ， 其余各处理增 加第 次硝态氮质量 比
法对数据进行方差分析和 多重比较 倍
表 土壤水分和硝态氮质量 比
“
灌水 施氮 保水 剂
水平 水平 水平 第 次 第 次 第 次 第 丨 次 第 次 第 次
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
‘
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± ± ± ± ±
± ± 土 ± ± ±
± ± ± ± ± ±
注 表中 的土壤 水分和硝态 氮质量 比 为剖 面均值 士 标准误 ， 同列数据后不同小写字母表示差异具有 统计学意义 （ 下同
小粒咖 啡干 物质生产 氮 、施氮和保水剂及三 因素 （ 保水剂 、 灌水 和氮素 ）
干物质量 巧 分配如图 所示 由 图 可知 ， 灌 水 的交互作用对总干物质量影响显著 和 相 比
和保水 剂分别 对根 系 、 冠层及 总干 物质 量影 响 显 增加根系 、 冠层及干物 质生 产总量分别为
著 ， 施氮对冠层和 总干物 质量影响 显著 ， 灌水 和施 和 和 相 比 ， ； 增 加冠层和总干
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5 5 0
ib h h h b b b b i i h h E H

物质量分别 为 和 增加 冠层 和 总 保水剂和 氮肥表现出 明 显 的节水 协同效应 ，
干物质量分别为 和 和 、 相比 ’ 增 和 相比 ， ， ， ， 和 增加
加根系 、 冠层及总干物质量分别为 水 分 利 用 率 分 别 为 ，
及 和 丨 相 比 ， 条件下 ， 和 增 和 和 相 比 ， 其余处理增加 水
加总 干物质量分别为 和 和 分利用 率 倍 ’ 『 的 水 分 利用率
相 比 ， 条件下 和 增加总干物质量分 最大
别 为 ， 和 和 相比 ， 其 小粒咖 啡氮素 利用
余处理增加总干 物质 倍 其 中 氮素 吸收总量 规律 见图 由 图 可 知 ， 灌水 、
的总干物质量最大 ， 是 的 倍 结果 表 施氮和保水剂 及 其交互作 用 分别 对 氮素 吸收总量
明 ， 增加灌 水和 配施 保水 剂 能显 著增 加 总 干 物质 影响 显 著 与 相 比 ， 、 提高 氮 素 吸 收总 量 为
量 ， 增 加 施 氮 量 使 得 总 干 物 质量 先 增 加 后 略 有 和 相 比 ， 和 所 提高 氮 素 吸 收总量分
降低 别为 和 倍 表明 和 乂 对氮素 吸收总
， 量的 影响基本相同 和 相 比 ， 、 提高 氮 素 吸收总■ 根系 层 ■ 合计
量 与 相 比 ， 其余各处理增加 氮素吸—— ； 倍
； 干■产
小粒咖 啡水分利用
水分利鹏合反映物质生 产和 水分利職
况 水分利解 规律細
‘
氮素 干物 质生产效 率 ％ 规律 见图 由 图 可
■ —
知 ， 灌 水 、 施氮和 保水 剂 分别对氮 素 干物质生 产效
率影 响显著 与 目 比义 提高氮 素干物质生产
！ 效率 和 相 比 ， 和 乂 降 低氮 素 干物质
生产效率分别为 和 和 相 比 ， 降
低氮素干物质生产效率 这与 增加 灌水降低
：
‘
植株氮 素 含量 ， 而施 氮 和 保水 剂 增 加 氮 素 含量 有
关 与 『具 相 比 ， 除 ％ 和 『 增加氮
素干物质生产效率不明显外 ， 其余处理减 少氮素 干
由 图 可 知 ， 灌水 、施 氮和保水剂 分别 对水分利 物质生产效率
用率影响显著 灌 水 和 保水 剂 、 施氮 和保 水 剂 的 交
互作用 分别 对水 分利 用 率 影 响 显 著 试验 结果 表
明 ， 与 相 比 ， 提高水分利用 率 表明 ￡ ￡
不但抑制 了 小粒咖啡的干 物质生产 ’ 也降低 了 水
分利解 ， 没有細节水 的效果 和 相 比 ， 化 和 §
提高 水分利用 率分别为 和 表明
“ ” ”
和 的节水效果基本相同 和 相 比 ， 提 局
水分利用 率 和 『 相 比 ’ 和 图 氮素干物质生产 效率增 加 水 分 利 用率 分别 为 ， 和
—― 丨 ■
水肥条件 ， 增强 了 根 系 活力 和 光合能 力 ， 从而促进
讨 论 植株生长 同 时 保水 剂对肥料的 保持 、 控制转化 和
缓慢释放 ， 使 土壤 中 水分和 养分 的供需更加 同 步 ，
在文 中试验条件下 增施氮肥提高土壤硝态氮 使水肥利 用效率得到 显 著提高 文 中 研究还 表明 ，
质量比 倍 而增加灌水降低土壤硝 态氮 保水剂对土壤水氮 的 调控效应与 水氮供给水平密
质量比 这与土壤硝态 氮质量 比受 切相关 和 时保水 剂 的 节水节氮效果受到抑
施肥量 和灌水量影 响显 著 并随 施氮量的 增加 而增 制 而 和 时保水剂能 明显提高植株水氮利用
加 的研究结果相一致 总干物质量随着施氮量的 效率
增加先增加后略有 降低 ， 可能是 由 于高氮处理 的土
壤氮浓 度 过高 ， 导 致土 壤 水势 降低 抑 制 了 植 株生 结 论
长 也表明 高氮处 理 的氮 素供过 于求 会造成 氮素
利用效率降低 高 氮 和 低 氮 的 水 分利 用率 基 本相 中等供水水平 能显著提高小粒咖啡总 干物
同 ， 主要 由 于适量施氮能促进作物对土壤水分 的吸 质量 、 水分利 用 率 、 氮 素吸 收总量 和 氮素干 物质 生
收利用 ， 而过 量施氮 导致 硝态 氮 在土 壤 中 大 量 累 产效率
积 ， 不利于根 系生长及土壤水分利用 低氮和 高氮处理提高水分利 用率和氮 素吸
保水剂 明显 提高 了 土壤 含水率 和硝态 氮质量 收总量的 幅度基本 相 同 和 无氮处理相 比 ， 低氮 和
比 是 由 于保水剂将水肥蓄持在根 区土壤并缓慢释 高氮处理分别提高水分利用率 和 ， 分
放 ， 便于提高水肥 的 有效 利用 保水剂 在增加 干物 别提高氮素吸收总量 丨 和 倍
质生产 的 同 时 ， 显 著提 高根冠 比 主要 由 于保 水 剂 保水剂通过土壤水肥保蓄和供需 同 步 ， 提高
能调节 基 质松 紧度 ， 有效 改善 土壤 水 肥 和 通 气状 水氮 吸收利 用 和无保处理相 比 ， 有保处理提高 水
况 ， 形成水肥耦合微域 增 强根系 活 力 并促进 根 系 分利 用率和氮素吸收总量分别为 和
生长 保水剂 的节水 效应与 灌水水平 密切相关 ， 保水剂对土壤水氮调控效应与 水氮供给水
对棉花研究 也表明 ， 灌水水平过高或者过低都会 平密切相关 低水和高 氮处理抑制保 水剂 的节 水节
抑制保水剂 的节水效果 文 中研究表明 ， 的水 氮效果 ， 而中水低氮有保处理能 同 时促进 干物 质生
分利用率均值最大 是 的 倍 ； 低水处理可 产和提高水氮利 用 ， 实现 了 小粒咖啡幼树 的水 氮优
能导致保水剂和作物 的 争 水现象 ， 加剧 了土壤 水分 化管理 中水 低氮有保 处理 为 水氮高 效利 用组合 ，
亏缺胁迫 降低 了 干物质生产 和水分 利 用率 ， 抑 制 和低水无氮无保处理相 比 ， 中水低氮有保处理提 高
了节水效果 总干物质量 、 水 分利 用率及氮素 吸 收 总量 分别 为
保水剂 和氮肥 表现出 明 显的 节水协同效应 是 和 倍
由 于保水剂对水肥 的保 蓄 和缓 释效应 同 时氮肥能
促进根 系发育 ， 扩大摄取水分和 养分的 土壤空 间和
能力 这与氮肥和保水剂在提高 小麦产量和水分生
率上具有 叠加效应相一 致 ， 本研允 中 和 组
合的协 问效应最明 显 保 水剂 通过改善土 壤水肥环
境来促进作物生 长 ， 从而提高产量 和 水分利 用率 ， ：
同 时保水剂能提高氮肥配施后的 肥效 促 进氮 素吸
收累积 ， 这与文中结果基本一致 水 、 氮 和保水剂 杨 培岭 ’ 廖人宽 ’ 任树梅 ， 等 化学调控技术在旱地
的交互細对总干物质量影幅著 表龍水耐 ■■ 巾贿纖厨 农倾鮮报 ’ 湖 ，
干物质生产的 促进作 用 受土壤水肥 条 件的 制约 ， 可 「
以通过优 化保水 剂及水肥 配 比来调控小粒咖 啡干
物质生产 和 相 比 增加 总干 物质 。
量 、 水分利用率和 氮 素 吸收总量最 大 ， 为 最优 试验
组合 这是 由 于在 一定 的 土壤 水分 条件下 ， 保 水剂 ：
对土壤水肥的调控作用 ， 改善 了作物干旱胁迫 时的 马强 ， 宇万太 ， 沈善敏 ， 等 旱地农 田水 肥效应研究
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进展 应用 生态学报 ， 俞满源 ， 黄 占 斌 ， 方锋 ， 等 保水 剂 、 氮 肥及 其交 互
， 作用对马 铃薯生长 和产量的效应 干旱地 区农业
研究 ，
： ，
— 华兀 刚 ， 陈 秋波 ， 林剑沐 ， 等 水肥耦 合对橡胶树产
胶量 的影响 应用 生 态学报 ， ， ：
黄占斌 ， 吴雪萍 ， 方峰 ， 等 干 瀘变化和保 水剂对植
物生 长和水分利用率的影响 应用 与环境生 物学
报 ，
， ：
，
：
， ： 」 鲍士 旦 土 壤 农 化分 析 北京 ： 中 国 农业 出 版
社 ，
」 ， 梁 艳萍 ， 许迪 ， 李益农 ， 等 冬 小麦不 同畦灌施肥模
式水氮 分布 田 间试验 农 业 工程 学报 ， ，
， ：
：
，
， ：
： 」 白 文波 ， 王春 艳 ， 李茂 松 ， 等 不 同灌 溉 条件 下 保水
剂对新疆棉 花 生长 及 产 量的 影 响 门 农 业工 程学
杨永辉 吴普特 ， 武继承 ， 等 复水 前后冬小 麦光合 报 ， ，
生理特征对保 水剂用 量 的响 应 农 业 机械学报 ，
， 〉 ：
」 ，
， ：
黄 占斌 ， 孙在 金 环 境 材 料在农业生 产及 其环境治
； 理中 的应用 中国生态农业学报 ， ，
」 李嘉竹 ， 黄 占斌 ， 陈威 ， 等 环 境功能 材料对半 干旱 ，
地区土壤水 肥利 用效率的协同 效应 水 土保持学
报 ， 】 ，
：
责任编辑 徐 云峰 ）
， ：