石灰及其與有機肥配施對甘蔗幼苗黃化的影響

陳楊明珠 楊曙 梁麗萍 黃渝嵐 黎曉峰

摘 要 采用田間試驗方法對石灰及其與有機肥、硅肥配合施用對宿根蔗幼苗黃化的影響進行了探討，旨在為甘蔗黃化病的防控提供科學(xué)依據(jù)。結(jié)果表明，石灰施用顯著提高土壤pH值，降低根區(qū)和非根區(qū)土壤中的水溶態(tài)、交換態(tài)錳和活性錳含量，使甘蔗幼苗葉片錳含量減少11.8%～42.0%、葉綠素含量增加56.0%～251.1%、幼苗黃化率降低37.7%。在施用石灰的基礎(chǔ)上施用有機肥對土壤錳形態(tài)及含量的影響趨勢與石灰處理相似，植株幼苗葉片錳含量、幼苗黃化率顯著降低。然而，在石灰和有機肥施用的基礎(chǔ)上施用硅肥與否對甘蔗幼苗黃化的影響不顯著。這些結(jié)果說明石灰及其與有機肥配施是防控甘蔗幼苗黃化病的有效措施。

關(guān)鍵詞 石灰；有機肥；甘蔗；黃化；錳

中圖分類號 S146+.1 文獻標(biāo)識碼 A

Impact of Lime and Its Composite Application with Manure on Sugarcane Chlorosis

CHEN Yangmingzhu1， YANG Shu1， LIANG Liping1， HUANG Yulan1， LI Xiaofeng1，2*

1 College of Agriculture， Guangxi University/Cultivation Base of Guangxi Key Laboratory for Agro-Environment and Agro-Product Safety， Nanning， Guangxi 530004， China

2 State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources/Guangxi Collaborative Innovation Center of Sugarcane Industry， Nanning， Guangxi 530004， China

Abstract The effects of lime and its composite application with organic fertilizer or silicon fertilizer on sugarcane chlorosis were investigated by a field experiment to provide a scientific basis for the prevention and control of sugarcane chlorosis. The application of lime significantly increased the pH value of soil and reduced the contents of water-soluble， exchangeable and active Mn in root and non-root soils. The content of Mn in the leaves of sugarcane seedlings decreased by 11.8%-42.0%， the chlorophyll content increased by 56.0%-251.1%， and the etiolation rate of seedlings decreased by 37.7% ， respectively， by applying lime. The influence trend of the form and content of Mn after the application of organic fertilizer was similar to that of lime treatment on the basis of the application of lime. The Mn content of the leaves and the etiolation rate of seedlings significantly decreased. However， the effect of applying silicon fertilizer on sugarcane seedlings chlorosis was not significant on the basis of the application of lime and silicon fertilizer.These results show that lime and its application with organic fertilizer is an effective measure to prevent and control the chlorosis of sugarcane seedlings.

Key words lime； fertilizer； sugarcane； chlorosis； manganese

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.06.002

廣西酸性土壤多為第四紀(jì)紅土發(fā)育的鐵鋁土，其在高溫高濕的氣候下，土壤中礦物經(jīng)過強烈的化學(xué)作用，鹽基被淋失，土壤進行了脫硅富鐵鋁化過程，黏土礦物以鐵鋁氧化物和高嶺石為主[1]，呈酸性反應(yīng)，具有鹽基飽和度低、陽離子交換量小、游離氧化鐵含量和交換性鋁飽和度高等特點[2]。廣西的土壤富含錳、鋁元素，土壤中錳和鋁活性直接受土壤pH影響，當(dāng)土壤pH<5.5時，錳和鋁活性提高，當(dāng)過量的錳和鋁溶解進入土壤溶液后會對該土壤上的植物產(chǎn)生毒害作用。錳毒和鋁毒被認(rèn)為是廣西酸性土壤上農(nóng)作物生長的主要限制因子[2]。

錳是植物必需的營養(yǎng)元素，然而錳過多對植物生長有害[3-4]。酸性條件下，活性錳過多是僅次于鋁毒的作物生長限制因素。甘蔗作為主要糖料作物，在中國主要種植在酸性土壤上。近年來，種植在廣西、廣東酸性紅壤上的甘蔗幼苗出現(xiàn)大面積的黃化問題。本課題組前期研究發(fā)現(xiàn)，甘蔗幼苗失綠是酸性土壤中過多錳引起的毒害[5-6]，施肥及營養(yǎng)管理是防治甘蔗幼苗黃化的有效途徑。葉片噴施含鐵藥肥、培養(yǎng)液中補鐵均能有效抑制甘蔗幼苗黃化[6-7]。然而，土壤施肥對甘蔗幼苗黃化病的影響尚未見報道。本研究采用間試法研究了石灰及其與有機肥、硅肥配合施用對甘蔗幼苗黃化、植株錳含量、土壤錳的形態(tài)的影響，旨在為甘蔗黃化病的防控提供技術(shù)支撐。

1 材料與方法

1.1 材料

供試甘蔗為第一年宿根的“新臺糖22號”。供試肥料有石灰、硅肥（偏硅酸鈉，SiO2 30%）、有機肥（雞糞，含有機質(zhì)30%、氮1.63%、P2O5 1.54%、K2O 0.85%）。

1.2 方法

1.2.1 試驗設(shè)計 試驗于廣西扶綏縣進行，供試土壤為第四紀(jì)紅土母質(zhì)發(fā)育的赤紅土，pH 5.14，含有機質(zhì)18.78 g/kg、有效硅289.25 mg/kg、活性錳41.67 mg/kg。

設(shè)4個處理。處理1：對照（不施石灰、有機肥和硅肥）；處理2：石灰；處理3：石灰和有機肥配合施用；處理4：石灰、有機肥、硅肥配合施用。石灰、有機肥、硅肥均作基肥施用，用量分別為2 375、15 000、3 750 kg/hm2。石灰、硅肥和有機肥分別施于開壟后的蔗蔸一側(cè)。小區(qū)面積32 m2，各處理均重復(fù)3次。

1.2.2 土壤樣品采集 為獲得非根區(qū)土壤（B），于甘蔗苗期將裝有200 g/袋耕層土的尼龍網(wǎng)袋埋設(shè)于種植壟上、兩蔗株之間，深8 cm，3袋/小區(qū)。土壤過2 mm篩后，按各處理施肥量添加相應(yīng)肥料并混勻。

在甘蔗分蘗期和伸長期，采集種植壟上耕層根系密集區(qū)域土壤（根區(qū)土壤，R）和網(wǎng)袋內(nèi)土壤（非根區(qū)土壤，B），分別風(fēng)干、混勻后過18目篩。

1.2.3 觀測及植株樣品采集 施肥72 d后觀測甘蔗幼苗黃化狀況，記載黃化苗數(shù)和總苗數(shù)，計算黃化率（黃化苗數(shù)/總苗數(shù)伊100%）。在施肥后的第72、90天采集隨機采自10株甘蔗+1葉位和-3葉位樣品。

1.2.4 分析方法 植株樣品：錳，微波消煮-原子吸收光度法[8]；葉綠素，丙酮乙醇混合液浸提-分光光度法[9]；土壤pH：電位法（土水比1∶2.5）[10]；活性錳：為水溶性錳，交換態(tài)錳和易還原性錳的總和，用連續(xù)提取法測定土壤中3種活性錳[11]；錳形態(tài)：Tessier形態(tài)分析法連續(xù)提取[12]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

試驗所得數(shù)據(jù)采用Duncan法進行顯著性比較分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 施肥對土壤pH值及錳形態(tài)的影響

2.1.1 施肥對土壤pH值的影響 從表1可知，石灰及其與有機肥、硅肥的施用均顯著增加土壤pH值，增加值達0.63～2.57。甘蔗伸長期根區(qū)土壤pH值增加的幅度大于分蘗期。在2個生長時期中，甘蔗根區(qū)與非根區(qū)土壤pH隨著施肥種類的疊加而升高。各處理間根區(qū)土壤pH值均有顯著差異，而在非根區(qū)土壤中處理2與處理3的pH值無差異。石灰及其與有機肥、硅肥的配合施用增加根區(qū)、非根區(qū)土壤pH值，從而降低土壤中交換態(tài)錳的有效性。

2.1.2 施肥對土壤活性錳的影響 石灰及其與有機肥配合施用均顯著降低土壤的活性錳含量（表2）。施肥處理的錳含量僅為對照的22.96%～54.65%。雖然不同處理對非根區(qū)土壤活性錳含量的影響顯著不同，但是根區(qū)土壤活性錳含量在施肥處理間的差異不顯著。在施用石灰、有機肥（處理3）的基礎(chǔ)上添加硅肥施用（處理4），顯著降低非根區(qū)土壤活性錳含量。

2.1.3 施肥對土壤中Mn形態(tài)影響 土壤中的錳以鐵錳氧化態(tài)錳為主，其次為碳酸鹽結(jié)合態(tài)，交換態(tài)、水溶態(tài)錳含量很低（表3～4）。施肥處理顯著降低水溶性錳、交換性錳和有機結(jié)合態(tài)錳含量，而增加碳酸結(jié)合態(tài)和鐵錳握氧化態(tài)錳含量，施肥后，土壤中水溶性錳、交換態(tài)錳、有機結(jié)合態(tài)錳減少量分別為43.8%～67.9%、62.2%～97.3%、27.5%～0.13%，而碳酸結(jié)合態(tài)錳和鐵錳氧化態(tài)錳卻增加-8.1%～65.3%、-0.1%～20.8%（表4）。

在甘蔗分蘗期不同施肥處理的水溶性錳、交換態(tài)錳、有機結(jié)合態(tài)錳含量差異不顯著（表3），但在甘蔗伸長期不同施肥處理對錳存在形態(tài)的影響程度不同。施用石灰（處理2）后，土壤水溶性錳（0.74 mg/kg）、交換態(tài)錳（1.01 mg/kg）、有機結(jié)合態(tài)錳（31.86 mg/kg）含量，僅相當(dāng)于對照的54.0%、37.8%、85.4%。在此基礎(chǔ)上增加有機肥施用（處理3），根區(qū)土壤交換態(tài)含量及非根區(qū)土壤的水溶性錳含量顯著降低，處理3根區(qū)土壤交換性錳含量（0.26 mg/kg）僅為處理2的25.7%（表4）。

2.2 施肥對甘蔗幼苗黃化和錳含量的影響

2.2.1 施肥對甘蔗幼苗葉綠素含量和黃化的影響 施肥處理后72、90 d甘蔗處于幼苗期和分蘗初期。石灰及其與有機肥、硅肥的配合施用均顯著提高幼葉葉綠素含量（圖1）。施用石灰（處理2）72、90 d后，葉片分別達到1.58、1.59 mg/g，是對照處理的3.52、2.26倍。在施用石灰的基礎(chǔ)上，施用有機肥（處理3）90 d后葉片葉綠素含量進一步增加，達到1.97 mg/g，較處理2高23.9%。然而，在處理3的基礎(chǔ)上施用硅肥對葉綠素含量的影響不顯著。

供試地甘蔗存在嚴(yán)重的黃化問題，黃化率達76.0 %。施肥后甘蔗幼苗的黃化率顯著降低（圖2）。處理2、3、4黃化率僅為47.3%、46.9%、34.0%，分別比對照（處理1）少37.8%、37.3%、55.3%。各施肥處理間幼苗黃化率的差異不顯著。

說明：不同小寫字母表示處理間差異顯著（p<0.05）。下同。

Note： Different small letters meant significant difference among treatments at 0.05 level. The same as below.

2.2.2 肥料對甘蔗葉片錳含量的影響 供試地幼苗錳含量較高，達到887.53 mg/kg（圖3-A）。雖然隨著生長期的延后，植株錳含量有所降低，在分蘗期成熟葉片錳含量也在500 mg/kg以上，施肥處理后，葉片的錳含量顯著下降（圖3-D）。處理72 d后，處理2～4的錳含量分別減少至對照的87.2%、70.6%、69.6%（圖3-A）。處理90 d后，施肥對葉片錳含量的影響趨勢相似。

不同處理對植株錳含量的影響不同。施用石灰的基礎(chǔ)上施用有機肥，葉片錳含量顯著降低（圖3）。然而，在施用石灰和有機肥的基礎(chǔ)上施用硅肥對葉片錳含量的影響不顯著。施肥5個月后（圖3-D），施肥依然顯著影響葉片錳含量，成熟葉錳含量降至對照的71.9%、53.6%、34.0%（圖3-C～D）。

3 討論

3.1 土壤施肥是防治甘蔗幼苗黃化的有效途徑

宿根蔗幼苗黃化是嚴(yán)重限制中國南方地區(qū)甘蔗生產(chǎn)的植物營養(yǎng)問題，而過多的錳是導(dǎo)致宿根蔗幼苗黃化的關(guān)鍵[5，13-14]。在本研究中，我們發(fā)現(xiàn)宿根蔗幼葉中錳含量達到887.53 mg/kg，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于植物發(fā)生錳毒害的臨界值[3]。黃化植株的葉綠素含量很低，僅僅在0.45～0.70 mg/g水平。然而，宿根蔗萌芽前施用石灰后，甘蔗的錳含量和幼苗黃化率顯著減少而葉片葉綠素含量顯著增加。周海燕[15]研究也發(fā)現(xiàn)，石灰的施用能減輕花生的錳毒害。這些結(jié)果說明，石灰的施用是防治植物錳毒、抑制甘蔗幼苗黃化的有效技術(shù)措施。

在石灰施用的基礎(chǔ)上施用有機肥，能提高根區(qū)pH值、降低葉片錳含量、增加甘蔗黃化葉片的葉綠素含量?？梢?，石灰施用的基礎(chǔ)上增施有機肥也是防治甘蔗幼苗黃化的有效技術(shù)措施。在石灰、有機肥施用的基礎(chǔ)上增加偏硅酸鈉的施用，與前兩種施肥處理相比對甘蔗幼苗黃化、葉片葉綠素含量的影響并不顯著。此結(jié)果與硅能通過抑制水稻錳向地上部的運輸和地上部的積累[16]、抑制盆栽土壤錳毒[17]的報道不一致，其原因可能是與供試土壤有效硅含量較高、硅肥的用量較低及觀測時間過早等有關(guān)。本研究在“新臺糖22”中開展，尚未在其他甘蔗品種上驗證，并且未能完全消除該品種的黃化苗現(xiàn)象，只是闡明了部分克服甘蔗幼苗黃化原因，其他問題有待于進一步探討。

本課題組前期的研究也發(fā)現(xiàn)，葉面噴施鐵肥是解決甘蔗幼苗黃化的有效途徑[7]。培養(yǎng)液中氮素、鐵素營養(yǎng)管理有利于克服甘蔗的錳毒[6，18]。在本研究中，我們首次報告了土壤施用石灰及有機肥是克服甘蔗幼苗黃化的有效措施。

3.2 石灰和有機肥施用抑制甘蔗幼苗黃化的機制

活性錳是表征土壤中錳的生物有效性的重要指標(biāo)[19]。本研究中，土壤中活性錳含量高達45.23 mg/kg。土壤錳活性受土壤pH值、Eh值、濕度、有機質(zhì)和土壤通氣狀況等理化性質(zhì)的影響，而pH是影響土壤錳活性的主要因素[20]。本研究發(fā)現(xiàn)，石灰的施用顯著增加土壤pH值，而減少土壤活性錳含量。這些結(jié)果也與敖俊華等[21]研究相似，石灰施用量與土壤pH值呈顯著正相關(guān)，而與錳的有效性呈顯著負(fù)相關(guān)。Hell等[22]也報道，施用碳酸鈣減輕了紅壤、棕紅壤和黃褐土的錳毒。

土壤中錳包括鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)、水溶性、交換性、有機結(jié)合態(tài)錳等形態(tài)，施用石灰后使水溶性、交換性、有機結(jié)合態(tài)錳含量顯著降低而鐵錳氧化態(tài)、碳酸鹽結(jié)合態(tài)顯著增加，說明石灰的施用后水溶性、交換性錳組分的減少導(dǎo)致了土壤活性錳水平的下降。Alexander等[23]的研究也發(fā)現(xiàn)，石灰的施用有利于交換態(tài)錳向碳酸鈣結(jié)合態(tài)錳轉(zhuǎn)化，從而鈍化了土壤有效態(tài)錳，減輕由交換態(tài)錳引起的毒害作用。

在施用石灰的基礎(chǔ)上施用有機肥，根區(qū)土壤及非根區(qū)土壤的水溶性、交換性形態(tài)錳含量顯著減少，說明有機肥施用后甘蔗黃化的減少與土壤中水溶性、交換性錳水平下降有關(guān)。有機肥抑制土壤錳有效性可能是腐殖質(zhì)結(jié)合態(tài)錳的形成、土壤中的形態(tài)改變、提高pH值[24]的結(jié)果。

石灰及其與有機肥配合施用對根區(qū)和非根區(qū)土壤pH值、錳形態(tài)及有效性的影響的趨勢相似，但施肥對根區(qū)的影響小于非根區(qū)土，這可能與根系分泌物有關(guān)。

綜上所述，石灰及其與有機肥配合施用能夠提高土壤pH值，改變土壤中錳形態(tài)，促使土壤中水溶態(tài)、交換態(tài)錳含量向碳酸鹽結(jié)合態(tài)和鐵錳氧化態(tài)進行轉(zhuǎn)化，降低毒害，是防控錳引起的甘蔗幼苗黃化有效的有效措施。

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