新植甘蔗幼苗黃化及生長(zhǎng)緩慢的原因初探

謝金蘭，莫璋紅，林 麗，李長(zhǎng)寧，顏梅新，黃冬梅

（廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究所/中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院甘蔗研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術(shù)與遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室/廣西甘蔗遺傳改良重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西 南寧 530007）

0 引 言

甘蔗是我國(guó)最主要的糖料作物，蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)食糖總產(chǎn)量的90%以上，其中廣西蔗糖產(chǎn)量占全國(guó)的60%以上，蔗糖業(yè)是廣西經(jīng)濟(jì)建設(shè)的支柱產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢(shì)產(chǎn)業(yè)，在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展、農(nóng)民增收、脫貧致富、財(cái)政收入等方面發(fā)揮著重要作用。近10年來，廣西部分蔗區(qū)不同程度地出現(xiàn)宿根甘蔗幼苗黃化現(xiàn)象，發(fā)病率高達(dá)20%～30%，嚴(yán)重影響了宿根蔗的生長(zhǎng)和產(chǎn)量。已報(bào)道的甘蔗宿根黃化病集中在扶綏、崇左等桂南蔗區(qū)，發(fā)生地以貧瘠、灌溉條件差的酸性粘土為主，且同一地塊新植和宿根的栽培、管理等措施一致的情況下，新植蔗不發(fā)病，只有宿根蔗發(fā)?。?-2］。甘蔗宿根黃化病是一種無病原菌感染的生理性病害。近年來，研究者相繼開展了甘蔗宿根黃化病致病機(jī)理的探索研究。陳桂芬等的研究表明，甘蔗體內(nèi)的活性鐵含量低、活性錳含量過高，導(dǎo)致植株體內(nèi)鐵錳營(yíng)養(yǎng)不平衡，是宿根甘蔗幼苗黃化病發(fā)生的主要原因；葉面噴施鐵、鎂、硼、鈣、鉀、鋅和氮等營(yíng)養(yǎng)元素均能提高黃化苗的轉(zhuǎn)綠率，其中，以噴施鐵的效果最好［3］。劉要鑫等在對(duì)甘蔗黃化苗調(diào)控研究中發(fā)現(xiàn)，噴施硫酸亞鐵、硫酸錳、硫酸鋅、鉬酸銨等，都能在一定程度上使其轉(zhuǎn)綠，其中以噴施硫酸亞鐵的效果最好［4］。于華等認(rèn)為，氮素形態(tài)與宿根黃化病發(fā)生有相關(guān)性，施用銨態(tài)氮肥有利于減輕幼苗葉片黃化，加速黃化葉片復(fù)綠［5］。目前國(guó)內(nèi)尚未見有黃化病發(fā)生在新植蔗的報(bào)道。2020年5月在廣西扶綏蔗區(qū)一農(nóng)戶家約1.3畝的新植蔗地，出現(xiàn)甘蔗葉片黃化有斑點(diǎn)、根系發(fā)育受阻、植株矮小和生長(zhǎng)停滯等。項(xiàng)目組隨后采樣做了相關(guān)病原菌檢測(cè)，確定并非病原菌引起。因此，本研究小組開展了相關(guān)病因調(diào)查，以期為甘蔗黃化病有效防控提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 調(diào)查地概況

蔗地為酸性的紅黃壤，連作甘蔗十幾年。據(jù)農(nóng)戶反映，2018年以前甘蔗生長(zhǎng)正常，常年肥料投入比較多，甘蔗產(chǎn)量高。2019年宿根蔗零星出現(xiàn)黃化，2020年新植蔗70%以上植株黃化、發(fā)育不良。經(jīng)農(nóng)戶同意，2020年7月下旬翻壓蔗苗，計(jì)劃通過與豆科作物輪作改土。播種綠豆2次，綠豆發(fā)芽出苗率不到30%，且田間綠豆苗在短期內(nèi)陸續(xù)爛根枯萎。

1.2 調(diào)查項(xiàng)目

在甘蔗翻壓前，參考相關(guān)文獻(xiàn)關(guān)于“甘蔗黃化苗處理”方法，在蔗地劃分三個(gè)區(qū)作為調(diào)查區(qū)域，行長(zhǎng)30 m，4行甘蔗，行距1.2 m，小區(qū)面積144 m2。分別做硫酸亞鐵處理（0.35%硫酸亞鐵）、施肥處理（復(fù)合肥15-15-15，750 kg/hm2）和對(duì)照（不施肥、不噴硫酸亞鐵）。分別在實(shí)施處理前和處理一個(gè)月后調(diào)查甘蔗株高和植株綠葉張數(shù)，每個(gè)小區(qū)甘蔗長(zhǎng)勢(shì)較好的和長(zhǎng)勢(shì)差的分別調(diào)查20株。同時(shí)采土和甘蔗葉片樣品進(jìn)行相關(guān)營(yíng)養(yǎng)元素分析。

1.3 樣品采集

按照地塊長(zhǎng)度將蔗地平均劃分三區(qū)段，每個(gè)區(qū)段土壤采用X型（5個(gè)點(diǎn)）采集樣品，一共采集三份土壤。甘蔗葉片按照植株發(fā)病輕、中、重隨機(jī)采樣，由蔗株頂端展開葉往下取第2片葉，每份樣品采15株。

1.4 測(cè)定方法

土壤礦質(zhì)營(yíng)養(yǎng)元素的分析測(cè)定按《土壤農(nóng)業(yè)化學(xué)分析方法》進(jìn)行［6］；土壤錳含量、鋁含量按照《土壤環(huán)境檢測(cè)分析方法》進(jìn)行［7］；土壤有效鐵采用二乙烯三胺五乙酸浸提-電感耦合等離子體發(fā)射光譜法。甘蔗葉片錳、鋁含量按照《食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn) 食品中多元素的測(cè)定》GB5009.268-2016進(jìn)行。

2 結(jié)果與分析

2.1 甘蔗株高

由表1看出，長(zhǎng)勢(shì)差的植株，處理間甘蔗長(zhǎng)速幾乎沒有差別，不管是噴硫酸亞鐵，還是施肥或者不做處理的對(duì)照，甘蔗一個(gè)月內(nèi)長(zhǎng)速只有20 cm左右。在長(zhǎng)勢(shì)好的植株中，以施肥處理較好，長(zhǎng)速約為41 cm/月，其次是對(duì)照，長(zhǎng)速約為39 cm/月，而噴硫酸亞鐵的長(zhǎng)速只有24 cm/月?？梢?，甘蔗苗黃化嚴(yán)重后，難以恢復(fù)正常生長(zhǎng)，且與對(duì)照相比，對(duì)長(zhǎng)勢(shì)好的甘蔗施用硫酸亞鐵反而抑制甘蔗生長(zhǎng)。

表1 不同處理的甘蔗株高及伸長(zhǎng)速

2.2 甘蔗綠葉數(shù)量

由表2看出，甘蔗植株綠葉數(shù)量變化與株高一致，以施肥處理綠葉增加最多，其次是對(duì)照處理。長(zhǎng)勢(shì)好的植株綠葉數(shù)增加在1.5～1.9張/月，而長(zhǎng)勢(shì)差的植株綠葉數(shù)增加為0～1.2張/月。可見，甘蔗苗黃化嚴(yán)重后，甘蔗生長(zhǎng)緩慢甚至停滯。

表2 不同處理的甘蔗單株綠葉數(shù) 單位：張/株

2.3 土壤農(nóng)化性狀

按照土壤pH值分級(jí)，pH值小于4.5為強(qiáng)酸性土壤。從表3的數(shù)據(jù)看，蔗地土壤pH值平均為3.47，遠(yuǎn)低于強(qiáng)酸性土壤標(biāo)準(zhǔn)。土壤有機(jī)質(zhì)及大量營(yíng)養(yǎng)元素含量從高到低分為極高、很高、高、中、低和很低六個(gè)等級(jí)。由表3看到，該蔗地土壤有機(jī)質(zhì)含量高，為三級(jí)水平即20~30 g/kg；水解性氮含量很高，為二級(jí)水平即120~150 mg/kg；有效磷含量極高，達(dá)到一級(jí)水平即>40 mg/kg；有效鉀含量很高，達(dá)到二級(jí)水平即150~200 mg/kg；蔗地土壤有效鐵平均含量高，為11.75 mg/kg，達(dá)到二級(jí)水平即10~20 mg/kg。由此可見，該蔗地土壤養(yǎng)分含量處于較高的水平。

表3 土壤的農(nóng)化性狀

鋁是一個(gè)廣泛而大量存在于自然界的金屬元素，約占地殼重量8.3%，土壤中含量約占7.1%［8］。該蔗地土壤鋁平均含量較高，為2.39×104mg/kg。錳是植物必需微量元素之一，植物生長(zhǎng)發(fā)育正常進(jìn)行的最低錳需求量為30 mg/kg［9］。該蔗地土壤錳平均含量高達(dá)289 mg/kg。

2.4 甘蔗葉片營(yíng)養(yǎng)元素分析

從表4看到，病株甘蔗幼苗葉片錳含量低于正常植株，正常葉片錳含量是黃化嚴(yán)重植株的1.54倍。鋁含量表現(xiàn)為黃化甘蔗幼苗高于正常植株，其中黃化重的植株葉片鋁含量是正常植株的2.42倍，是黃化較輕植株的2.47倍，是黃化中度植株的1.83倍。有效鐵含量，發(fā)病輕、中、重和正常植株葉片間差異不大。由此可推斷，甘蔗幼苗黃化是可能因植株體內(nèi)鋁含量過高引起。

表4 甘蔗葉片的營(yíng)養(yǎng)元素含量 單位：mg/kg

3 討論

在本試驗(yàn)的調(diào)查中，蔗地土壤有效鐵和植株葉片有效鐵含量都不低，在試驗(yàn)中噴施硫酸亞鐵的沒有達(dá)到預(yù)期效果，因此初步推測(cè)該蔗地新植蔗黃化原因并非缺鐵引起。

綜合甘蔗株高及綠葉數(shù)量變化，施肥處理效果較好。但在黃化嚴(yán)重、甘蔗苗長(zhǎng)勢(shì)差的條件下，施肥對(duì)甘蔗苗的恢復(fù)效果甚微。檢測(cè)分析數(shù)據(jù)顯示，葉片鋁含量表現(xiàn)出明顯規(guī)律性，葉片鋁含量隨著黃化嚴(yán)重程度增加而遞增。在調(diào)研中發(fā)現(xiàn)，該蔗地相鄰地塊的甘蔗生長(zhǎng)正常，經(jīng)采土分析，相鄰地塊土壤pH值為4.16，比黃化苗發(fā)生蔗地的高0.69。室內(nèi)盆栽比較試驗(yàn)，兩塊地土壤的甘蔗和綠豆長(zhǎng)勢(shì)均存在較大差異，分別如圖1中A和B所示。由此，可以初步推斷，該蔗地甘蔗黃化和生長(zhǎng)緩慢，與土壤pH值太低、鋁離子含量過高有關(guān)。

圖1 兩種不同pH值土壤盆栽甘蔗A和綠豆B幼苗的生長(zhǎng)情況

鋁是自然界中最豐富的金屬元素，廣泛分布于土壤礦物中，通常以無毒形式的硅酸鹽或其他沉積物存在于植物中。在中性土壤中，鋁主要以鋁硅酸鹽和氧化物形式存在。當(dāng)土壤pH值低于5.5時(shí)，Al被溶解為Al3+，離子態(tài)活性鋁對(duì)于植物具有毒性，大量Al3+會(huì)破壞細(xì)胞分裂、細(xì)胞壁合成以及破壞膜系統(tǒng)等生理功能，影響根系生長(zhǎng)并最終導(dǎo)致整株植物體生長(zhǎng)受限［10］。有研究表明，當(dāng)鋁離子濃度達(dá)4～8 mg/kg時(shí)，土壤中的交換性鋁含量顯著上升，土壤pH值顯著下降，香蕉生物量累積和根系活性均受抑制［11］。另有研究表明，在200 mmol/L鋁離子脅迫下，會(huì)造成橡膠幼苗根系活性氧（H2O2和O2-）的累積，進(jìn)而造成根系活力和導(dǎo)水率下降，葉片葉綠素含量和相對(duì)含水量也下降，最終導(dǎo)致橡膠幼苗死亡［12］。

廣西蔗區(qū)的土壤以酸性紅壤、黃壤為主。強(qiáng)酸性土壤使一般的作物不能正常生長(zhǎng)，甚至成為不毛之地，其原因之一就是鋁對(duì)植物的毒害作用。因此，如何減緩和改良廣西蔗區(qū)土壤酸化是解決甘蔗鋁毒黃化問題的根本。