土壤錳與蘋果粗皮病發(fā)生關系的研究進展

魏彬萌　韓霽昌　王歡元

摘要 錳是植物生長過程中不可缺少的微量元素，通過查閱相關文獻，介紹了土壤中錳的形態(tài)、影響黃土高原區(qū)土壤錳的因子以及錳與果樹粗皮病的關系，并對錳毒的矯正措施進行了敘述，以期為研究黃土高原地區(qū)土壤錳與植物錳提供依據(jù)。

關鍵詞 土壤錳；蘋果粗皮病；錳毒；研究進展；黃土高原區(qū)

中圖分類號 S154.4；S436.611.1+9 文獻標識碼 A 文章編號 1007-5739（2016）07-0137-03

Abstract Manganese is an essential trace element in plant growth.Through consulting relevant literature，the morphology of manganese in soil，the influence factors of soil manganese in the Loess Plateau and its relationship with internal bark necrosis of apple trees were introduced，and prevention and control measures of manganese poisoning were elaborated，so as to provide the basis for studying soil and manganese in plant in the Loess Plateau.

Key words soil manganese；internal bark necrosis of apple trees；manganese poisoning；research progress；Loess Plateau

錳是植物光合作用中不可缺少的元素，是多種酶的組分與活化劑，并對植物體內糖分的累積和轉化起重要作用，因此錳肥對許多農作物都有良好的增產效果[1]。早在20世紀60年代初，田間試驗已證明黃土地區(qū)施錳對小麥有增產作用，近年來又進一步確認施用錳肥對玉米、谷子、豌豆、甜菜、煙草等都有良好的肥效[2]。魏孝榮等[3]研究發(fā)現(xiàn)，施用錳肥能有效降低夏玉米光合作用的氣孔限制和非氣孔限制，顯著提高了夏玉米的光合能力，而且錳肥對夏玉米光合作用的影響在土壤干旱時尤為顯著，可使玉米葉片細胞間隙CO2濃度、光合速率和水分利用效率分別增加58.11%、42.07%和50.00%，從而減輕了土壤干旱對玉米光合作用的抑制。高柳青等[4]發(fā)現(xiàn)，對于高pH值、固錳能力較強、釋放養(yǎng)分能力較弱的土壤，施錳肥能促進作物對養(yǎng)分的活化與吸收。宋鳳斌等[5]也發(fā)現(xiàn)在土壤pH值較高（>7.5）而含錳量又較低的地區(qū)（<350 mg/kg），施用錳肥可以促進玉米地上部生長發(fā)育和根系發(fā)達，并在一定范圍內提高了玉米產量。

地殼中錳的平均含量為1 000 mg/kg，幾乎所有的巖石中都含有錳，通過風化作用，錳從原生礦物中釋放出來，與O2、CO32-和SiO2結合，形成MnO2、Mn3O4、MnOOH、MnCO3和MnSiO3等次生礦物。在酸性土壤條件（pH值<5.5）下，這些次生含錳礦物得以溶解進入土壤溶液[6]。一般酸性土壤中以二價的代換態(tài)錳居多，中性土壤三價錳居多，四價錳則主要存在于堿性土壤中，故而缺錳多發(fā)生在pH值 6.5以上的土壤中。因此，錳在我國南方酸性土壤和北方石灰性土壤上表現(xiàn)出2種不同的情況，酸性土壤一般富含錳且有效態(tài)錳亦多，而石灰性土壤中錳的含量和可給性都比較低，對植物有效態(tài)的錳很少或很缺乏。一般缺錳主要發(fā)生在我國北方的石灰性土壤上，尤其是有機質缺乏、通透性良好、質地輕的土壤，而紅壤及紅壤性水稻土等酸性土壤中錳的供應則是充足的[7]。

1 土壤中錳的形態(tài)

土壤中錳的總量僅代表土壤向作物供給錳的潛在能力，只有有效態(tài)錳才能被當季作物直接吸收利用，可作為評價對植物有效態(tài)錳的指標。土壤中的有效錳可分為水溶態(tài)、易還原態(tài)和代換態(tài)，三者之和稱為活性錳[8-9]。從植物營養(yǎng)的角度雖然可將土壤中的錳分為3種形態(tài)，即無效錳（不易被作物吸收利用的四價錳）、緩效錳（主要為三價錳的氧化物，易于轉化為二價錳）和速效錳（易被作物直接吸收利用的二價錳），但用試驗手段卻很難獲得這些結果[10]。一般用的方法是采用某種提取劑來提出某一形態(tài)的錳。魏孝榮等[11]把土壤中的錳依次分為交換態(tài)、松結有機態(tài)、碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)、緊結有機態(tài)和礦物態(tài)6種形態(tài)。其測定方法[11]見表1。

其測定結果表明：土壤中各形態(tài)錳的含量大致呈礦物態(tài)>碳酸鹽態(tài)>氧化錳態(tài)>緊結有機態(tài)>松結有機態(tài)>交換態(tài)。施入土壤的錳肥有91.1%～98.6%進入碳酸鹽結合態(tài)、氧化錳結合態(tài)、緊結有機態(tài)和礦物態(tài)。交換態(tài)和松結有機態(tài)錳對土壤錳的有效性起著主要作用，可以反映土壤錳的供給狀況，碳酸鹽態(tài)和緊結有機態(tài)錳不能反映土壤錳的有效性。

2 影響黃土高原區(qū)土壤錳含量分布的因子

影響土壤錳含量的因素很多，土壤全錳含量與土壤母質屬性及顆粒組成有密切關系。而高價錳（氧化態(tài)）和低價錳（還原態(tài)）的轉化主要與土壤的pH值、Eh有關。同時有機質、碳酸鈣含量以及溫度、濕度均可以影響土壤錳的活化。

2.1 土壤母質

母質中黏粒（<0.005 mm）含量越高，質地越細，全錳和活性錳含量越高，且其與土壤全錳和活性錳含量之間呈一定的正相關關系。黃土區(qū)土壤發(fā)育自第四紀的黃土母質，由于黃土風成的歷史過程，其顆粒組成由北到南有較大的差異，總趨勢是由西北向東南逐漸變細。這一趨勢也明顯反映在土壤中錳的含量上，隨著母質質地由粗變細，土壤錳的含量（特別是全錳）也由少增多[2]。

2.2 土壤有機質

有機質與土壤全錳含量呈正相關關系，且其能夠促使錳的還原，增加土壤活性錳的含量。彭 琳等[2]研究發(fā)現(xiàn)，土壤有機質含量和活性錳含量之間呈顯著的正相關關系，尤其和代換態(tài)錳關系最為密切（表2）。一般耕作層土壤有機質含量高，故代換態(tài)錳在耕層較高，下層較低。

2.3 土壤碳酸鈣和pH值

彭 琳等[2]對黃土地區(qū)20個主要剖面的115個標本（層次）中錳含量分析發(fā)現(xiàn)，土壤CaCO3含量和pH值與活性錳含量之間呈極顯著的負相關關系，即隨著CaCO3和pH值的增高，土壤活性錳含量顯著降低（表2）。

2.4 土壤氧化還原電位

氧化還原電位是影響土壤錳活性的主要因子之一。土壤通透性越好，越有利于錳的氧化，錳多呈高價氧化物存在。而排水不良，通透性差的土壤越利于錳的還原，導致土壤代換態(tài)錳增多。

2.5 全錳與活性錳的關系

由表2可以看出，土壤全錳與活性錳呈極顯著的正相關關系，可能是因為二者都受母質顆粒組成的影響[2]。

2.6 土壤水熱狀況

溫度越高，越有利于錳的活化，而冷濕條件易使土壤錳的活性降低。由于上述各因素的影響，活性錳在黃土高原區(qū)土壤剖面中形成了各種不同分布型式。塿土黏化層的CaCO3被淋洗而黏粒積聚較多，土壤活性錳增高，其下的鈣積層CaCO3可高達16%以上，活性錳急劇下降，再往下的母質層，活性錳又回升，形成了“上下高，中間低”的分布型式。灰鈣土地區(qū)雨量少，淋溶強度弱，CaCO3積聚在上層，故下層活性錳高于上層，形成“上低下高”的分布型式。灌淤土由于灌溉水的補充和攜走，CaCO3和活性錳分布比較均勻，形成“上下一致”的分布型式[2]。黑壚土中的有機質和黏粒含量較高，CaCO3含量較低，pH值也略低，而且其形成環(huán)境比較濕潤[12-13]，一般該層土壤有效錳含量也相對較高。

3 錳與蘋果粗皮病

蘋果粗皮病最早在日本、美國等地發(fā)生，美國稱內部壞死病，日本叫粗皮病。一般于當年雨季（7—8月）之后形成，秋季病情逐漸加重，重病樹可造成死枝、死樹，至土壤封凍后暫緩發(fā)。翌春輕病樹發(fā)芽比正常樹晚，花芽少，開花晚，葉片小，新梢細短，重病樹甚至不抽新梢，但病情比上年冬季有所減輕。第2年雨季之后，樹體病情繼續(xù)加重。隨著枝齡的增長，病皮表面逐漸凹陷、縱裂，形成典型的粗皮癥狀[14]。

國內外對蘋果粗皮病的研究已有90年的歷史，大部分學者認為蘋果粗皮病的發(fā)病原因不是細菌和病毒所致，而是樹體過量吸收錳造成的生理病害[15-16]。葉優(yōu)良等[17]對膠東半島部分發(fā)生蘋果粗皮病的果園土壤和植株進行了分析測定，結果表明：發(fā)生蘋果粗皮病的果園土壤有效錳含量較高，而且粗皮病嚴重的果園高于病情較輕的果園，4—10月蘋果樹粗皮病有逐漸加重的趨勢。對樹體不同部位錳含量測定發(fā)現(xiàn)，葉片中錳含量最高，其次是韌皮部，木質部最低。另外，該作者對膠東半島的果園調查后發(fā)現(xiàn)，金冠和國光發(fā)病比較輕，紅富士和新紅星發(fā)病較嚴重。徐圣友等[18]研究發(fā)現(xiàn)，局部錳的過量累積是粗皮病發(fā)生的直接原因，同時還發(fā)現(xiàn)蘋果粗皮病的發(fā)生與樹體內氧化還原活性有關，抗性品種的還原能力低于易感品種，而氧化能力較高，使得進入樹體內的錳被鈍化（Mn4+），減輕了粗皮病的發(fā)生[19]。Horst等[20]發(fā)現(xiàn)，對錳敏感的植物品種葉片中的錳呈局布累積狀態(tài)，而耐錳能力強的品種葉片中的錳分布十分均勻。還有學者認為，果樹粗皮病可能與土壤缺硼、缺鈣有關，果樹粗皮病的發(fā)生是多錳或缺硼或是多錳和缺硼共同影響，抑或是多錳、缺鈣、缺硼等因素共同引起的其他因子的作用，還需要進一步研究。此外，人們已經發(fā)現(xiàn)不同蘋果品種感染粗皮病的情況不同，但對不同品種吸收養(yǎng)分的差異還缺乏深入了解。而且，目前就國內外的研究來看，對于果樹粗皮病的研究多集中在土壤pH值為中性或偏酸性范圍，對偏堿性的土壤還缺乏研究[14]。

4 錳毒的矯正措施

一般錳毒的產生多發(fā)生在我國南方的酸性土壤上，北方的石灰性土壤上一般很少發(fā)生。但尤其是渭北地區(qū)的黑壚土，由于其土體本身就含有一層黑壚土層，該層錳含量較高，如果該土層埋藏較淺，再加上土壤鈣素的大量流失造成果樹樹體抗性的降低[21]，勢必會造成果樹粗皮病的發(fā)生。因此，了解錳毒的矯正與防治對于南北方果園的管理具有重要意義。一般常用的矯正措施有以下幾種。

4.1 施用石灰類物質

該法是降低土壤酸度的主要手段，也是最普遍的方法。隨著土壤pH值升高，土壤中交換態(tài)錳含量逐步降低，錳對植物的毒害也會隨之減輕。

4.2 增施有機肥

有機肥可提高土壤有機質，改善土壤通透性，調節(jié)土壤中礦質養(yǎng)分間的平衡，減少Mn2+的累積，從而減輕病害的發(fā)生。

4.3 合理施肥

施肥不當會對土壤中錳的有效性產生影響，施用硫酸銨、氯化銨、磷酸銨、硫酸鉀、氯化鉀等可增加土壤中有效錳的含量，導致植物產生錳中毒；而缺磷或者缺鐵、鈣、鎂條件下也易引起植物錳毒發(fā)生，因此可以通過土壤追施和葉面噴施適當增加這些元素的含量，以保持礦質養(yǎng)分間的平衡，減少樹體對錳的吸收，進而減輕錳過多造成的危害。

4.4 選擇耐錳品種

選擇和培育耐錳基因型的作物品種也是減緩錳中毒的重要措施。泌酸能力是根系在單位時間內分泌的H+量，可反應根系活力和吸收離子的能力[19]。徐圣友等[18]發(fā)現(xiàn)，同是330 mg/kg錳處理的富士和喬娜金，富士的泌酸能力是1.31 C（H）/（mmol/h，F(xiàn)W），而喬娜金的泌酸能力只有0.19 C（H）/（mmol/h，F(xiàn)W）。

4.5 輔助性田間管理措施

對已患粗皮病的果園，通過控制結果量、加大冬季修剪力度等，盡量促進樹體營養(yǎng)生長，加速樹體恢復；有條件的情況下，進行果園覆草，改善土壤理化性狀。另外，對于長期漬水的土壤，氧化還原電位低，通過排除漬水，改善土壤通透性，改良耕作制度等將有助于減輕或消除錳的毒害[22]。

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