謝金蘭,莫璋紅,林 麗,李長寧,顏梅新,黃冬梅
(廣西壯族自治區(qū)農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究所/中國農(nóng)業(yè)科學院甘蔗研究中心/農(nóng)業(yè)農(nóng)村部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室,廣西 南寧 530007)
甘蔗是我國最主要的糖料作物,蔗糖產(chǎn)量占全國食糖總產(chǎn)量的90%以上,其中廣西蔗糖產(chǎn)量占全國的60%以上,蔗糖業(yè)是廣西經(jīng)濟建設的支柱產(chǎn)業(yè)和優(yōu)勢產(chǎn)業(yè),在農(nóng)業(yè)和農(nóng)村經(jīng)濟發(fā)展、農(nóng)民增收、脫貧致富、財政收入等方面發(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20%~30%,嚴重影響了宿根蔗的生長和產(chǎn)量。已報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)病[1-2]。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,導致植株體內(nèi)鐵錳營養(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]。于華等認為,氮素形態(tài)與宿根黃化病發(fā)生有相關性,施用銨態(tài)氮肥有利于減輕幼苗葉片黃化,加速黃化葉片復綠[5]。目前國內(nèi)尚未見有黃化病發(fā)生在新植蔗的報道。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、根系發(fā)育受阻、植株矮小和生長停滯等。項目組隨后采樣做了相關病原菌檢測,確定并非病原菌引起。因此,本研究小組開展了相關病因調(diào)查,以期為甘蔗黃化病有效防控提供科學依據(jù)。
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。
在甘蔗翻壓前,參考相關文獻關于“甘蔗黃化苗處理”方法,在蔗地劃分三個區(qū)作為調(diào)查區(qū)域,行長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(復合肥15-15-15,750 kg/hm2)和對照(不施肥、不噴硫酸亞鐵)。分別在實施處理前和處理一個月后調(diào)查甘蔗株高和植株綠葉張數(shù),每個小區(qū)甘蔗長勢較好的和長勢差的分別調(diào)查20株。同時采土和甘蔗葉片樣品進行相關營養(yǎng)元素分析。
按照地塊長度將蔗地平均劃分三區(qū)段,每個區(qū)段土壤采用X型(5個點)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、重隨機采樣,由蔗株頂端展開葉往下取第2片葉,每份樣品采15株。
土壤礦質(zhì)營養(yǎng)元素的分析測定按《土壤農(nóng)業(yè)化學分析方法》進行[6];土壤錳含量、鋁含量按照《土壤環(huán)境檢測分析方法》進行[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《食品安全國家標準 食品中多元素的測定》GB5009.268-2016進行。
由表1看出,長勢差的植株,處理間甘蔗長速幾乎沒有差別,不管是噴硫酸亞鐵,還是施肥或者不做處理的對照,甘蔗一個月內(nèi)長速只有20 cm左右。在長勢好的植株中,以施肥處理較好,長速約為41 cm/月,其次是對照,長速約為39 cm/月,而噴硫酸亞鐵的長速只有24 cm/月??梢?,甘蔗苗黃化嚴重后,難以恢復正常生長,且與對照相比,對長勢好的甘蔗施用硫酸亞鐵反而抑制甘蔗生長。
表1 不同處理的甘蔗株高及伸長速
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,其次是對照處理。長勢好的植株綠葉數(shù)增加在1.5~1.9張/月,而長勢差的植株綠葉數(shù)增加為0~1.2張/月。可見,甘蔗苗黃化嚴重后,甘蔗生長緩慢甚至停滯。
表2 不同處理的甘蔗單株綠葉數(shù) 單位:張/株
按照土壤pH值分級,pH值小于4.5為強酸性土壤。從表3的數(shù)據(jù)看,蔗地土壤pH值平均為3.47,遠低于強酸性土壤標準。土壤有機質(zhì)及大量營養(yǎng)元素含量從高到低分為極高、很高、高、中、低和很低六個等級。由表3看到,該蔗地土壤有機質(zhì)含量高,為三級水平即20~30 g/kg;水解性氮含量很高,為二級水平即120~150 mg/kg;有效磷含量極高,達到一級水平即>40 mg/kg;有效鉀含量很高,達到二級水平即150~200 mg/kg;蔗地土壤有效鐵平均含量高,為11.75 mg/kg,達到二級水平即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,植物生長發(fā)育正常進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289 mg/kg。
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 甘蔗葉片的營養(yǎng)元素含量 單位:mg/kg
在本試驗的調(diào)查中,蔗地土壤有效鐵和植株葉片有效鐵含量都不低,在試驗中噴施硫酸亞鐵的沒有達到預期效果,因此初步推測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。但在黃化嚴重、甘蔗苗長勢差的條件下,施肥對甘蔗苗的恢復效果甚微。檢測分析數(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,兩塊地土壤的甘蔗和綠豆長勢均存在較大差異,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緩慢,與土壤pH值太低、鋁離子含量過高有關。
圖1 兩種不同pH值土壤盆栽甘蔗A和綠豆B幼苗的生長情況
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。當土壤pH值低于5.5時,Al被溶解為Al3+,離子態(tài)活性鋁對于植物具有毒性,大量Al3+會破壞細胞分裂、細胞壁合成以及破壞膜系統(tǒng)等生理功能,影響根系生長并最終導致整株植物體生長受限[10]。有研究表明,當鋁離子濃度達4~8 mg/kg時,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,會造成橡膠幼苗根系活性氧(H2O2和O2-)的累積,進而造成根系活力和導水率下降,葉片葉綠素含量和相對含水量也下降,最終導致橡膠幼苗死亡[12]。
廣西蔗區(qū)的土壤以酸性紅壤、黃壤為主。強酸性土壤使一般的作物不能正常生長,甚至成為不毛之地,其原因之一就是鋁對植物的毒害作用。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。