全 文 ：中国是亚洲地区咖啡的主产国之一， 主产区在
云南。 云南生产的小粒咖啡以 “浓而不苦， 香而不
烈， 略带果酸味” 闻名于世。 云南小粒咖啡的生产
区水热矛盾突出， 季节性干旱频发， 土壤退化且蓄
水保肥差， 产量和品质得不到保证 [1-2]。 研究小粒
咖啡水肥资源高效利用具有重要的现实意义。
保水剂作为一种化学调控节水措施， 在节水农
业和生态环境恢复中得到了广泛应用。 研究表明，
热带作物学报 2014， 35（3）： 466-470
Chinese Journal of Tropical Crops
收稿日期 2013-09-30 修回日期 2013-12-09
基金项目 国家自然科学基金资助项目（No. 51109102、 51379004）； 云南省教育厅重点项目（No. 2011Z035）； 云南省应用基础研究项目（No.
2013F8024）。
作者简介 耿宏焯（1988 年—）， 男， 硕士研究生； 研究方向： 节水灌溉理论与新技术。 *通讯作者（Corresponding author）： 刘小刚（LIU
Xiaogang）， E-mail： liuxiaogang666@qq.com。
保水剂和氮肥对小粒咖啡生长
及水分利用的互作效应
耿宏焯， 刘小刚 *， 钟 原， 杨启良， 施卫省
昆明理工大学现代农业工程学院， 云南昆明 650500
摘 要 小粒咖啡生产经常受到季节性干旱和土壤营养不足的制约。 为探讨小粒咖啡节水抗旱和水肥资源高效
利用模式， 采用 3 个保水剂水平和 3 个施氮水平， 研究了保水剂和氮肥对小粒咖啡苗木生长及水分利用的影响。
结果表明： 低氮、 低保处理可以获得小粒咖啡苗木的最大生长量（株高、 茎粗及叶面积）。 和对照（无氮处理）相
比， 低氮可使干物质累积量提高 24.10％， 而高氮减少干物质累积 11.95％。 和无保水剂处理相比， 低保水剂提
高干物质累积 11.53％， 而高保水剂抑制干物质累积 8.65％。 此外氮肥和保水剂能不同程度地降低日蒸散量， 提
高水分利用效率； 施氮和保水剂可分别提高小粒咖啡水分利用效率 2.72％～35.37％和 8.48％～20.24％。 小粒咖啡
氮素累积量随着施氮量增加先增后降。 过高水平保水剂和氮肥都会对小粒咖啡的苗木生长产生明显的抑制作用，
而低氮低保处理可同时提高干物质累积和水分利用效率。
关键词 保水剂； 氮肥； 交互效应； 水分利用； 小粒咖啡
中图分类号 S571.2 文献标识码 A
Interactions between Superabsorbent Polymers and Nitrogen
on Growth and Water Use of Arabica Coffee
GENG Hongzhuo, LIU Xiaogang*, ZHONG Yuan, YANG Qiliang, SHI Weisheng
Faculty of Modern Agricultural Engineering, Kunming University of Science and Technology, Kunming, Yunnan 650500, China
Abstract The production arabica coffee is frequently restricted by seasonal drought and soil undernutrition. The
objectives of this study was to explore the optimal mode of water-saving, drought resistance and efficient use of
water and fertilizer of arabica coffee. Using 3 levels of superabsorbent polymers(SAP) and 3 levels of nitrogen, the
complete design experiments were conducted and effects of SAP and nitrogen nutrition on growth and water use of
arabica coffee seedling were studied. Results showed that the growth(plant height, stem diameter and leaf area)
and dry mass accumulation of arabica coffee seedling was the largest under low level of SAP and nitrogen.
Compared to control (no nitrogen treatment), low level of nitrogen increased dry mass accumulation by 24.10% ,
while high level of nitrogen reduced it by 11.95% . In contrast to no SAP treatment, middle level of SAP
increased dry mass accumulation by 11.53% , while high level of SAP reduced it by 8.65% . In addition,
application of nitrogen and SAP reduced daily evapotranspiration but increased water use efficiency. Nitrogen and
SAP increased water use efficiency by 2.72%-35.37% and 8.48%-20.24%, respectively. Arabica coffee nitrogen
accumulation first increased and then decreased with the increase of nitrogen rate. Inhibitory effects of excessive
application of nitrogen and SAP was obvious, and higher dry mass accumulation and water use efficiency could be
obtained by combination of low level of nitrogen and SAP simultaneously.
Key words Superabsorbent Polymers； Nitrogen； Interaction effect； Water use； Arabica coffee seedling
doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2014.03.009
第 3 期
保水剂在吸水膨胀的同时还可以吸持肥料， 防止养
分流失， 起到保水保肥的作用； 并且施用保水剂会
明显的改变土壤的水肥条件， 对作物生长、 发育及
水肥吸收利用产生明显影响 [3-5]。 保水剂作为节水
农业有效的技术措施， 已广泛应用于果树、 花卉和
主要粮食作物上 [6-12]， 而保水剂对小粒咖啡的节水
效应等方面研究较少。 氮素是小粒咖啡最主要的营
养元素之一。 蔡志全等 [7]研究表明， 氮的缺乏对小
粒咖啡生长、 光合特性和产量的影响最大， 其次为
钾， 而磷的影响相对较小。 国外学者利用 15N 标记
的方法研究咖啡植株各部分对氮的吸收利用， 从而
评估氮肥农学利用效率。 但这种方法由于取样手
段、 检测水平的限制， 研究结果存在较大误差 [13]。
前人研究表明， 保水剂和氮肥合理结合施用可以
提高不同阶段马铃薯叶片的光合速率， 增加花期
生物积累量， 延长茎叶生育期， 提高马铃薯块茎
的产量[14]， 同时显著提高小麦的千粒重、 产量及水
分生产效率[15]。 保水剂和氮肥的耦合效应研究集中
在大田作物上， 对林果研究较少。
本文通过研究不同保水剂和氮肥水平对小粒咖
啡生长动态、 干物质累积、 氮素累积和水分利用效
率的交互效应， 以期为小粒咖啡苗木的节水抗旱和
水氮资源高效利用提供实践参考。
1 材料与方法
1.1 试验材料
试验于 2012 年 4 月至 11 月在昆明理工大学现
代农业工程学院智能温室内完成， 温度为 12～35℃，
湿度为 50％～85％， 无遮荫。 4 月 12 日将小粒咖
啡苗木移栽至上底直径 30 cm， 下底直径 22.5 cm，
高 30 cm的生长盆中， 盆底均匀分布着直径为 1 cm
的 5 个小孔以提供良好的通气条件。 供试土壤为燥
红壤土， 田间持水量（θF）为 24.3％， 有机质质量
分数为 13.12 g/kg、 全氮 0.87 g/kg、 全磷 0.68 g/kg、
全钾 13.9 g/kg。 每盆只栽 1 株， 桶中装土 14 kg，
装土前将其自然风干过 5 mm 筛， 其装土体积质量
为 1.2 g/cm3， 移栽后浇水至田间持水量。 土表面铺
0.5 cm 厚的蛭石阻止因灌水导致土壤板结。 保水剂
为北京希涛技术开发有限公司提供， 主要成分为丙
烯酰胺。
1.2 试验设计
试验设保水剂和氮肥 2 因素， 3 个保水剂水平
分别为0（无保）、 1（低保）[3]和2 kg/m3（高保）。 3个施
氮水平分别为0 g N/kg风干土（无氮）、 0.2 g N/kg风
干土（低氮）和0.40 g N/kg风干土（高氮）， 氮肥形式
为尿素（分析纯）。 共 9 个处理， 每个处理 3 次重
复。 保水剂、 基肥（60％的氮肥）和磷酸二氢钾（分
析纯 ， 0.5 g/kg 风干土 ）装土时均匀拌入 ， 追肥
（40％的氮肥）在 5 月 26 日溶入水中灌入。 所有处
理土壤含水率控制在（75％～90％）θF， 当含水量降
至或接近该处理水分下限即进行灌水， 灌水至水分
控制上限。 称重法控制土壤水分含量。
1.3 测定项目
植株各器官生物量均于 2012 年 11 月 11 日获
取， 保持 105 ℃杀青 30 min 后调温至 80 ℃在烘箱
中烘至恒质量， 用天平测定干物质质量。 6 月 4 日
开始测量株高、 茎粗， 大约 1 个月测定一次， 共测
定 5 次。 株高、 茎粗和叶面积分别采用毫米刻度
尺、 游标卡尺和直接称重换算法。 蒸散量日变化采
用称重法测定。 水量平衡方程计算总耗水量。 水分
利用效率为总干物质质量和总耗水量的比值。 植株
样品经烘干、 粉碎过筛后， 用浓 H2SO4法消煮， 用
凯氏法测定氮素含量 [16]。 氮素累积总量为植株各器
官氮素含量与其干物质量的乘积之和。
1.4 数据分析及处理方法
采用 Microsoft Excel 2003 软件处理数据和制
图 ， 用 SAS 统计软件的 ANOVA 和 Duncan 法
（p=0.05）对数据进行方差分析和多重比较。
2 结果与分析
2.1 保水剂和氮肥对小粒咖啡苗木生长的交互作用
图 1、 2、 3和 4 分别表示不同氮肥和保水剂对
小粒咖啡株高、 茎粗、 叶面积和根冠比的影响。 各
指标仅对最后一次取样统计分析。 结果表明， 保水
剂、 施氮量对株高、 茎粗和叶面积影响显著， 保水
剂和施氮量的交互作用对株高的影响显著， 保水剂
对根冠比影响显著（p<0.05）（表 1）。
和无氮处理相比 ， 低氮增加叶面积 19.18％
（图 3）， 而对增加株高（图1）和茎粗（图2）不明显。
而高氮降低株高、 茎粗和叶面积分别为 9.18％、
5.01％和 7.54％。 和无保处理相比， 低保增加株
高 、 茎 粗 和 叶 面 积 分 别 为 8.75％ 、 7.69％和
19.32％， 高保降低株高 、 茎粗和叶面积分别为
7.62％、 6.65％和 12.48％。 和无氮无保处理（CK）
相比， 低氮高保、 高氮无保和高氮高保分别抑制株
高 9.67％、 8.77％和 15.19％。 其中低氮低保处理
的株高最大， 为对照（CK）处理的 1.15 倍。 结果表
明： 氮肥和保水剂水平较低时促进小粒咖啡生长，
而施氮量或保水剂过多， 反而对生长有抑制作用。
低氮低保组合能获得较大的株高、 茎粗和叶面积。
耿宏焯等： 保水剂和氮肥对小粒咖啡生长及水分利用的互作效应 467- -
第 35 卷热 带 作 物 学 报
统计分析表明（表 1）， 保水剂对根冠比影响显
著（p<0.05）。 和无保处理相比， 低保处理增加根冠
比 7.63％， 而高保处理则降低根冠比不明显。 其中
低氮低保处理的根冠比最大， 是其余处理的 1.07～
1.69倍。 表明低保处理显著增加根冠比， 有利于土
壤水肥的吸收， 这和低保处理的生长较旺和干物质
累积最大（见2.3）相一致。
2.2 保水剂和氮肥对小粒咖啡苗木蒸散耗水的交
互作用
不同处理的小粒咖啡蒸散量日变化如图 5 所
示。 其中8:00～10:00点的蒸散量最小， 占日蒸散量的
10.11％～13.73％； 而 14:00～16:00的蒸散量最大 ，
占日蒸散量的 25.82％～30.82％。 统计表明（表 1），
保水剂和施氮量对日蒸散量影响显著（p<0.05）， 而其
交互作用对其影响不显著（p>0.05）。 和无氮处理相
比， 低氮和高氮减小日蒸散量 15.47％和 23.43％；
和无保处理相比， 低保和高保处理减小日蒸散量
13.23％和 23.75％。 其中 CK处理的日蒸散量最大，
分别为低氮高保和高氮高保的 1.57 和 1.59 倍。 结
果也说明， 施氮能够减少日蒸散量， 达到了以肥调
水， 提高水分利用的效果； 随着保水剂的增加， 日
蒸散量显著减少。 可能主要有 2个方面的原因： 保
水剂能促进团粒结构形成， 降低土壤容重， 提高持
水率和水分利用效率， 可明显抑制土壤表面的水
分蒸发； 高保处理明显抑制了小粒咖啡的生长 ，
从而降低了生长耗水。 低保处理不但能促进小粒
咖啡的生长， 也降低了蒸散耗水， 有利于提高水
分利用效率。

6～4 7～5 8～12 9～9 10～19

6～4 7～5 8～12 9～9 10～19
75
60
45
30
15
0
株
高
/c
m
12.0
10.0
8.0
6.0
4.0
2.0
0.0
茎
粗
/m
m
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
图 1 保水剂和氮肥对小粒咖啡株高的影响
Fig. 1 Effects of SAP and N on plant height of arabica coffea
图 2 保水剂和氮肥对小粒咖啡茎粗的影响
Fig. 2 Effects of SAP and N on stem diameter of arabica coffea
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
0.8
0.6
0.4
0.2
0.0
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
根
冠
比
叶
面
积
/（
cm
2 /株
）
图 3 保水剂和氮肥对小粒咖啡叶面积的影响
Fig. 3 Effects of SAP and N on leaf area of arabica coffea
图 4 保水剂和氮肥对小粒咖啡根冠比的影响
Fig. 4 Effects of SAP and N on root-shoot ratio of arabica coffea
因素 株高 茎粗 叶面积 根冠比 日蒸散量 总干物质量 水分利用效率 氮素累积
氮肥 <0.000 1 0.010 5 0.005 1 0.741 1 0.000 2 0.000 5 0.000 6 <0.000 1
保水剂 <0.000 1 0.000 1 0.001 8 0.420 0.000 2 0.014 7 0.025 8 0.103 5
氮肥×保水剂 0.001 3 0.439 8 0.648 0 0.604 2 0.054 6 0.430 8 0.061 0 0.857 2
表 1 保水剂和氮肥对小粒咖啡苗木生长和水分利用的影响方差分析（p值）
Table. 1 ANOVA of arabica coffea growth and water use of SAP and N (p value)
468- -
第 3 期
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
总干物质量
水分利用效率
150
120
90
60
30
0
总
干
物
质
量
/（
g/
株
)
图 6 保水剂和氮肥对小粒咖啡干物质及水分利用效率的影响
Fig. 6 Effects of SAP and N on dry mass acc-
umulation and WUE of arabica coffea
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
图 7 保水剂和氮肥对小粒咖啡氮素累积的影响
Fig. 7 Effects of SAP and N on nitrogen
accumulation of arabica coffea
氮
素
累
积
/（
g/
株
）
2.0
1.6
1.2
0.8
0.4
0.0
2.3 保水剂和氮肥对小粒咖啡苗木干物质累积和
水分利用效率的交互作用
保水剂和施氮量对小粒咖啡总干物质量影响显
著（p<0.05）（表 1）。 和无氮处理相比， 低氮可提高
总干物质量 24.10％ ， 高氮则减小总干物质量
11.95％（图 6）。 和无保处理相比， 低保提高总干物
质量 11.53％， 而高保抑制总干物质量 8.65％。 和
CK 相比， 除高氮高保、 高氮无保和无氮高保处理
的总干物质量有所减小外， 其余处理的总干物质量
都有不同程度的增加。 其中低氮低保处理的总干物
质量最大， 分别是高氮高保、 无氮高保处理的 1.66
和 1.48 倍。 这表明高保处理不利于小粒咖啡的生
长和干物质累积。
保水剂、 施氮量及其交互作用对水分利用效率
影响显著（p<0.05）（表 1）。 和无氮处理相比， 低
氮、 高氮分别提高水分利用效率 35.37％和 2.72％
（图 6）； 和无保相比， 低保、 高保分别提高水分利
用效率 20.24％和 8.48％。 和 CK 相比， 其余处理
的水分利用效率都有不同程度的提高 ， 增幅为
13.61％～77.54％， 其中低氮低保处理的水分利用
效率最高， 为 CK处理的 1.78倍。 结果表明： 氮肥
和保水剂都不同程度的提高了水分利用效率。
2.4 保水剂和氮肥对小粒咖啡苗木氮素累积的交
互作用
施氮量对植株氮素累积影响显著 （p<0.05）
（表 1）。 和无氮处理相比， 低氮、 高氮分别提高氮
素累积量的 1.27和 0.58倍（图 7）。 与 CK相比， 高
氮高保、 高氮低保、 高氮无保、 低氮高保、 低氮低
保、 低氮无保、 无氮高保和无氮低保分别增加氮素累
积 69.66％、 89.09％、 80.90％、 152.71％、 176.24％、
146.92％、 5.65％和 35.41％。 表明低氮低保处理不
但能提高干物质累积， 同时提高氮素累积。 这说明
低氮低保处理可能有利于提高氮素利用效率。
3 讨论
本研究结果表明， 低保处理的小粒咖啡的生长
量、 干物质累积量及根冠比达到峰值。 综合研究结
果来看， 低保处理能促进小粒咖啡的生长、 干物质
累积和根冠比， 而高保处理可能会对植株生长产生
不利的影响。 前人在粮食作物上的多数研究也发现
适宜的用量才能增产[17]， 但也有玉米生物量与产量
随保水剂用量增大而增加的报道 [18]。 这可能与保水
剂类型与施用量、 作物种类等有关。
高保处理对小粒咖啡生长和干物质积累起到明
显地抑制作用。 这可能是由于保水剂增加了土壤
的毛管孔隙度， 降低了燥红壤土中充满空气的孔
隙度 [19]， 导致通气状况不良， 根区呼吸和有机质
分解减慢。 而植株生长要求土壤有较好的通气条
件。 有研究表明， 保水剂含量增加会明显提高喷播
基质的总孔隙度和毛管孔隙度及其持水与供水能
力。 但随着保水剂含量增加， 基质的非毛管孔隙度
呈现下降趋势， 尤其当保水剂含量超过 0.3％以后会
0.5
0.4
0.3
0.2
0.1
0.0
12：00～14：00


8：00～10：00
14：00～16：00
10：00～12：00
16：00～18：00
高保 低保 无保 高保 低保 无保 高保 低保 无保
高氮 低氮 无氮
日
蒸
散
量
/（
kg
/株
）
图 5 保水剂和氮肥对小粒咖啡日蒸散量的影响
Fig. 5 Effects of SAP and N on daily
evapotranspiration of arabica coffea
耿宏焯等： 保水剂和氮肥对小粒咖啡生长及水分利用的互作效应 469- -
第 35 卷热 带 作 物 学 报
明显减小， 从而会降低基质的透水和通气性能。 因
此， 基质中保水剂的含量应控制在 0.3％以下为宜[20]。
本研究发现， 当基质中的保水剂含量为 2 kg/m3 时，
对小粒咖啡的生长产生明显抑制作用。 保水剂的适
宜用量估计还与基质及作物的生理特性有关。
研究表明， 保水剂在大量吸水的同时， 对肥料
分子或者离子也有吸持作用。 保水剂作为养分载体
和调节器， 在保持植物茁壮生长的同时， 还能减少
肥料损失[21]。 本研究表明， 适量单施氮肥或保水剂
可以促进小粒咖啡的生长和水分利用效率的提高，
而适量氮肥和保水剂配施更能促进生长和水分利用
效率， 氮肥和保水剂表现出较好的协同和叠加效
应， 这与孟晓瑜等[22]的研究结果基本一致。 本试验
结果表明， 低氮低保处理不但能够促进小粒咖啡的
生长、 干物质累积和植株氮素累积， 还能够获得最
大的水分利用效率。 而高氮高保处理中， 氮肥和保
水剂表现出拮抗作用。
4 结论
低氮、 低保处理能使小粒咖啡苗木的生长量达
到最大。 低氮和低保分别提高总干物质量 24.10％
和 11.53％， 而高氮和高保分别降低总干物质量
11.95％和 8.65％。 氮肥和保水剂能不同程度提高
水分利用效率 。 施用保水剂提高水分利用效率
8.48％～20.24％。 植株氮素累积量随着施氮量先增
后减。 从促进小粒咖啡生长和水氮资源高效利用的
角度考虑， 低氮低保处理为最优试验组合。
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责任编辑： 凌青根
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