新植甘蔗幼苗黄化及生长缓慢的原因初探

谢金兰，莫璋红，林 丽，李长宁，颜梅新，黄冬梅

（广西壮族自治区农业科学院甘蔗研究所/中国农业科学院甘蔗研究中心/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室/广西甘蔗遗传改良重点实验室，广西 南宁 530007）

0 引 言

甘蔗是我国最主要的糖料作物，蔗糖产量占全国食糖总产量的90%以上，其中广西蔗糖产量占全国的60%以上，蔗糖业是广西经济建设的支柱产业和优势产业，在农业和农村经济发展、农民增收、脱贫致富、财政收入等方面发挥着重要作用。近10年来，广西部分蔗区不同程度地出现宿根甘蔗幼苗黄化现象，发病率高达20%～30%，严重影响了宿根蔗的生长和产量。已报道的甘蔗宿根黄化病集中在扶绥、崇左等桂南蔗区，发生地以贫瘠、灌溉条件差的酸性粘土为主，且同一地块新植和宿根的栽培、管理等措施一致的情况下，新植蔗不发病，只有宿根蔗发病［1-2］。甘蔗宿根黄化病是一种无病原菌感染的生理性病害。近年来，研究者相继开展了甘蔗宿根黄化病致病机理的探索研究。陈桂芬等的研究表明，甘蔗体内的活性铁含量低、活性锰含量过高，导致植株体内铁锰营养不平衡，是宿根甘蔗幼苗黄化病发生的主要原因；叶面喷施铁、镁、硼、钙、钾、锌和氮等营养元素均能提高黄化苗的转绿率，其中，以喷施铁的效果最好［3］。刘要鑫等在对甘蔗黄化苗调控研究中发现，喷施硫酸亚铁、硫酸锰、硫酸锌、钼酸铵等，都能在一定程度上使其转绿，其中以喷施硫酸亚铁的效果最好［4］。于华等认为，氮素形态与宿根黄化病发生有相关性，施用铵态氮肥有利于减轻幼苗叶片黄化，加速黄化叶片复绿［5］。目前国内尚未见有黄化病发生在新植蔗的报道。2020年5月在广西扶绥蔗区一农户家约1.3亩的新植蔗地，出现甘蔗叶片黄化有斑点、根系发育受阻、植株矮小和生长停滞等。项目组随后采样做了相关病原菌检测，确定并非病原菌引起。因此，本研究小组开展了相关病因调查，以期为甘蔗黄化病有效防控提供科学依据。

1 材料与方法

1.1 调查地概况

蔗地为酸性的红黄壤，连作甘蔗十几年。据农户反映，2018年以前甘蔗生长正常，常年肥料投入比较多，甘蔗产量高。2019年宿根蔗零星出现黄化，2020年新植蔗70%以上植株黄化、发育不良。经农户同意，2020年7月下旬翻压蔗苗，计划通过与豆科作物轮作改土。播种绿豆2次，绿豆发芽出苗率不到30%，且田间绿豆苗在短期内陆续烂根枯萎。

1.2 调查项目

在甘蔗翻压前，参考相关文献关于“甘蔗黄化苗处理”方法，在蔗地划分三个区作为调查区域，行长30 m，4行甘蔗，行距1.2 m，小区面积144 m2。分别做硫酸亚铁处理（0.35%硫酸亚铁）、施肥处理（复合肥15-15-15，750 kg/hm2）和对照（不施肥、不喷硫酸亚铁）。分别在实施处理前和处理一个月后调查甘蔗株高和植株绿叶张数，每个小区甘蔗长势较好的和长势差的分别调查20株。同时采土和甘蔗叶片样品进行相关营养元素分析。

1.3 样品采集

按照地块长度将蔗地平均划分三区段，每个区段土壤采用X型（5个点）采集样品，一共采集三份土壤。甘蔗叶片按照植株发病轻、中、重随机采样，由蔗株顶端展开叶往下取第2片叶，每份样品采15株。

1.4 测定方法

土壤矿质营养元素的分析测定按《土壤农业化学分析方法》进行［6］；土壤锰含量、铝含量按照《土壤环境检测分析方法》进行［7］；土壤有效铁采用二乙烯三胺五乙酸浸提-电感耦合等离子体发射光谱法。甘蔗叶片锰、铝含量按照《食品安全国家标准 食品中多元素的测定》GB5009.268-2016进行。

2 结果与分析

2.1 甘蔗株高

由表1看出，长势差的植株，处理间甘蔗长速几乎没有差别，不管是喷硫酸亚铁，还是施肥或者不做处理的对照，甘蔗一个月内长速只有20 cm左右。在长势好的植株中，以施肥处理较好，长速约为41 cm/月，其次是对照，长速约为39 cm/月，而喷硫酸亚铁的长速只有24 cm/月。可见，甘蔗苗黄化严重后，难以恢复正常生长，且与对照相比，对长势好的甘蔗施用硫酸亚铁反而抑制甘蔗生长。

表1 不同处理的甘蔗株高及伸长速

2.2 甘蔗绿叶数量

由表2看出，甘蔗植株绿叶数量变化与株高一致，以施肥处理绿叶增加最多，其次是对照处理。长势好的植株绿叶数增加在1.5～1.9张/月，而长势差的植株绿叶数增加为0～1.2张/月。可见，甘蔗苗黄化严重后，甘蔗生长缓慢甚至停滞。

表2 不同处理的甘蔗单株绿叶数 单位：张/株

2.3 土壤农化性状

按照土壤pH值分级，pH值小于4.5为强酸性土壤。从表3的数据看，蔗地土壤pH值平均为3.47，远低于强酸性土壤标准。土壤有机质及大量营养元素含量从高到低分为极高、很高、高、中、低和很低六个等级。由表3看到，该蔗地土壤有机质含量高，为三级水平即20~30 g/kg；水解性氮含量很高，为二级水平即120~150 mg/kg；有效磷含量极高，达到一级水平即>40 mg/kg；有效钾含量很高，达到二级水平即150~200 mg/kg；蔗地土壤有效铁平均含量高，为11.75 mg/kg，达到二级水平即10~20 mg/kg。由此可见，该蔗地土壤养分含量处于较高的水平。

表3 土壤的农化性状

铝是一个广泛而大量存在于自然界的金属元素，约占地壳重量8.3%，土壤中含量约占7.1%［8］。该蔗地土壤铝平均含量较高，为2.39×104mg/kg。锰是植物必需微量元素之一，植物生长发育正常进行的最低锰需求量为30 mg/kg［9］。该蔗地土壤锰平均含量高达289 mg/kg。

2.4 甘蔗叶片营养元素分析

从表4看到，病株甘蔗幼苗叶片锰含量低于正常植株，正常叶片锰含量是黄化严重植株的1.54倍。铝含量表现为黄化甘蔗幼苗高于正常植株，其中黄化重的植株叶片铝含量是正常植株的2.42倍，是黄化较轻植株的2.47倍，是黄化中度植株的1.83倍。有效铁含量，发病轻、中、重和正常植株叶片间差异不大。由此可推断，甘蔗幼苗黄化是可能因植株体内铝含量过高引起。

表4 甘蔗叶片的营养元素含量 单位：mg/kg

3 讨论

在本试验的调查中，蔗地土壤有效铁和植株叶片有效铁含量都不低，在试验中喷施硫酸亚铁的没有达到预期效果，因此初步推测该蔗地新植蔗黄化原因并非缺铁引起。

综合甘蔗株高及绿叶数量变化，施肥处理效果较好。但在黄化严重、甘蔗苗长势差的条件下，施肥对甘蔗苗的恢复效果甚微。检测分析数据显示，叶片铝含量表现出明显规律性，叶片铝含量随着黄化严重程度增加而递增。在调研中发现，该蔗地相邻地块的甘蔗生长正常，经采土分析，相邻地块土壤pH值为4.16，比黄化苗发生蔗地的高0.69。室内盆栽比较试验，两块地土壤的甘蔗和绿豆长势均存在较大差异，分别如图1中A和B所示。由此，可以初步推断，该蔗地甘蔗黄化和生长缓慢，与土壤pH值太低、铝离子含量过高有关。

图1 两种不同pH值土壤盆栽甘蔗A和绿豆B幼苗的生长情况

铝是自然界中最丰富的金属元素，广泛分布于土壤矿物中，通常以无毒形式的硅酸盐或其他沉积物存在于植物中。在中性土壤中，铝主要以铝硅酸盐和氧化物形式存在。当土壤pH值低于5.5时，Al被溶解为Al3+，离子态活性铝对于植物具有毒性，大量Al3+会破坏细胞分裂、细胞壁合成以及破坏膜系统等生理功能，影响根系生长并最终导致整株植物体生长受限［10］。有研究表明，当铝离子浓度达4～8 mg/kg时，土壤中的交换性铝含量显著上升，土壤pH值显著下降，香蕉生物量累积和根系活性均受抑制［11］。另有研究表明，在200 mmol/L铝离子胁迫下，会造成橡胶幼苗根系活性氧（H2O2和O2-）的累积，进而造成根系活力和导水率下降，叶片叶绿素含量和相对含水量也下降，最终导致橡胶幼苗死亡［12］。

广西蔗区的土壤以酸性红壤、黄壤为主。强酸性土壤使一般的作物不能正常生长，甚至成为不毛之地，其原因之一就是铝对植物的毒害作用。因此，如何减缓和改良广西蔗区土壤酸化是解决甘蔗铝毒黄化问题的根本。