不同土壤調節劑(肥料)對甘蔗宿根黃化的防效及甘蔗生長和產量的影響

羅 霆，吳建明，閆海鋒，鄧宇馳，Prakash Lakshmanan，丘立杭，陳榮發，范業賡，周慧文，黃柯鈞，黃 杏，周忠鳳

(廣西農業科學院甘蔗研究所/廣西甘蔗遺傳改良重點實驗室/農業農村部廣西甘蔗生物技術與遺傳改良重點實驗室，南寧 530007)

【研究意義】甘蔗是我國最主要的糖料作物，蔗糖產量占全國食糖總產量的90%以上[1]。廣西是我國最大的糖料蔗和食糖生產基地，甘蔗年種植面積約77萬hm2，約占全國甘蔗種植面積的60%，蔗糖產量占全國65%以上，食糖外銷量占全國跨省貿易量的80%以上，在保證國家食糖有效供給和維護國家食糖安全方面發揮了不可替代的作用[2]。廣西甘蔗種植以“一新兩宿”為主，宿根蔗面積常年占廣西甘蔗種植面積的67%左右。但廣西甘蔗宿根黃化現象正在逐年加重，從2012年前后僅在桂南蔗區零星發生，到2020年春季已覆蓋桂南、桂中和桂東等廣西所有甘蔗種植區域[3]，已成為影響廣西甘蔗生產和效益的重要因素之一。目前，生產上對甘蔗宿根黃化的防控以葉面噴施含鐵、鎂、硼、鈣、鉀、鋅和氮等營養元素的葉面肥為主，甘蔗通過葉面快速吸收營養元素促進葉綠素快速合成改善黃化狀況[4-5]，但該方法僅能維持短時效果，消耗人工勞力大，很難大面積推廣應用。因此，開展不同土壤調節劑(藥肥)對甘蔗宿根黃化防治效果研究，對甘蔗宿根黃化的大面積高效低成本防治具有重要意義?！厩叭搜芯窟M展】植物黃化現象主要分為病毒引起的黃化病[6-7]、基因突變造成的黃化突變體[8-9]和缺素引起的生理性黃化。甘蔗宿根黃化是一種特殊的生理現象[10]，僅在宿根蔗發生，表現為蔗蔸發株后失綠，長出黃色或接近白色的葉片，植株在葉片黃化期間生長“僵滯”，幾乎不能分蘗和拔節，新葉抽出速度異常緩慢，可造成減產20%～40%[11-12]。這種“僵滯”狀態能維持60 d甚至更長時間，在甘蔗發生黃化期間，正常植株的株高、葉片數、節數和分蘗數增量分別是黃化株的1285%、371%、860%和1650%[13]。黃化植株中鐵元素極不活躍，導致與鐵有關的酶活性降低，干擾特定酶蛋白的合成，進而影響葉綠素的數量和質量而失綠黃化。葉面噴施鐵、鎂、硼、鈣、鉀、鋅、氮和鉬等營養元素能使植株在一周左右迅速復綠，但次年宿根再萌發時仍發生黃化甚至加重[14-16]，原因可能是葉面噴施的鐵僅能引起植株局部返青，很難在植株內移動，因此不能根本解決黃化問題[5]。還有研究認為，甘蔗宿根黃化存在明顯的基因型差異，此差異與甘蔗品種的錳含量、分布及鐵素營養有關[17]。甘蔗宿根黃化已被證實與光合作用相關基因和茉莉酸生物合成基因有關[10]。黃化株的赤霉素、生長素、細胞分裂素、玉米素、脫落酸和乙烯含量均與正常株存在顯著差異[13]。高錳能誘導甘蔗黃化[17]，土施銨態氮肥、硅肥和石灰等能不同程度降低宿根黃化發生[18-22]，但在當前的生產實際中，未找到能大面積推廣應用的甘蔗宿根黃化防治方法。而葉面噴施防治甘蔗宿根黃化肥料時費時多，用工用肥成本增加，且防治作用的時間短，不能根本解決黃化問題；使用硅肥或石灰進行土施防治雖能使次年的宿根黃化率降低10%～30%，但對當年已發生的黃化無顯著作用，達不到全面防治目的[19-20]?！颈狙芯壳腥朦c】目前，針對甘蔗宿根黃化大面積高效低成本防治的研究鮮見報道?！緮M解決的關鍵問題】開展宿根甘蔗葉面噴施鐵肥及土施不同土壤調節劑(肥料)對其宿根黃化的防治效果研究，以期篩選出一種或多種土壤調節劑(肥料)，為甘蔗宿根黃化的大面積高效低成本防治提供參考依據。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

試驗于2020年3月至2021年6月在廣西崇左市扶綏縣岜盆鄉(107°87′E， 22°54′N)蔗地進行，該地塊第1年(2019年)宿根蔗黃化率高于95.00%，甘蔗品種為桂糖42號，土壤pH為4.35，供試鐵肥為甘蔗黃化苗專用葉面肥(廣西金宏達農藥有限公司)，含鐵(硫酸亞鐵)≥12.5%，含半乳糖醛酸脂和葡萄糖酸鹽≥20%；供試5種土壤調節劑(肥料)分別為硫酸亞鐵(FeSO4·7H2O≥90%，購自鄭州凱躍環?？萍加邢薰?、熟石灰[Ca(OH)2≥95%，購自河北靈壽縣佰順礦產品有限公司]、土壤修復菌劑(有效菌種為巨大芽孢桿菌、解淀粉芽孢桿菌、地衣芽孢桿菌和綠色木霉，有效活菌數≥5.0億/g、胞外多糖≥1.0 mg/g、有機質含量≥15.0%，無錫建周生物科技有限公司生產)、生物炭(碳含量55.6%、全氮含量8.5 g/kg、全磷含量1.1 g/kg、pH 7.6，河南力澤環保有限公司生產)和糖廠煤灰(全鉀含量121.2 g/kg、速效鉀含量99.5 g/kg、全磷含量2.8 g/kg、速效磷含量1.1 g/kg、鈣含量160.5 g/kg、鎂含量16.3 g/kg、有效硅含量10.3%、pH 10.30，廣西扶綏縣扶南糖廠提供)。

1.2 試驗方法

1.2.1 試驗設計 在試驗點第一年宿根蔗地中劃分3 m×10 m小區21個，設6個處理(處理A～F)，3次重復，3個對照(CK)小區，采用隨機區組設計。2020年3月25日進行土壤調節劑(肥料)處理，2020年6月5日統計各處理當年的黃化發生率、出苗率、分蘗率和葉片數，2021年1月7日砍收，統計各處理的有效莖、莖徑等產量相關指標。2021年6月3日統計各處理當年的黃化發生率、分蘗率和葉片數。

各處理土壤調節劑(肥料)用量參考常規蔗地管理方法施用。其中，處理A為2020年出苗3葉左右時，以鐵肥300.0 g/667 m2兌水45.0 kg后葉面噴施；處理B為出苗前土施硫酸亞鐵10.0 kg/667m2；處理C為出苗前土施熟石灰20.0 kg/667m2；處理D為出苗前根區土壤淋灌修復菌劑500.0 g/667m2(稀釋3000倍)；處理E為出苗前土施生物炭1.0 t/667m2；處理F為出苗前土施糖廠煤灰1.0 t/667m2。每處理3次重復。葉面噴施處理與土施處理之間最小間隔30 m。以不做任何處理為對照(CK)，每個區組設CK 1個。

1.2.2 測定項目及方法 將每個試驗小區按五點法劃分為東、南、西、北、中5個區域，在每個區域中隨機選20株甘蔗，記錄分蘗數和葉片數，其中，分蘗數以田間實際計數為準，葉片數只記錄完全看見葉環的葉片。有效莖數每個材料調查1行，株高和莖徑每個材料隨機取15株調查，其中，株高為從地面到第一片見肥厚帶葉片葉鞘處的距離，莖徑為在蔗莖中部剝去葉鞘后用卡尺正對芽的方向卡進去測量的直徑。產量依照公式計算：甘蔗產量(t/hm2)=[有效莖數×單莖重(kg)]/1000。

統計每處理當年和次年宿根的黃化發生率，計算當年使用的土壤調節劑(肥料)和用工成本。其中，處理后70 d統計處理A的當年黃化發生率，宿根出苗3葉左右時統計次年黃化發生率，其他處理的當年黃化發生率在處理后30 d統計，次年黃化發生率在宿根出苗3葉左右時統計。黃化發生率(%)=黃化苗數/總苗數×100，黃化防治效果(%)=(對照黃化率-處理黃化率)/對照黃化率×100。

1.3 統計分析

試驗數據采用Excel 2010進行統計，以SPSS 19.0進行差異顯著性分析。

2 結果與分析

2.1 不同土壤調節劑(肥料)對甘蔗宿根黃化的防治效果

由表1可知，2019年未進行土壤調節劑(肥料)處理前甘蔗的宿根黃化發生率為96.92%～99.07%，與CK均無顯著差異(P>0.05，下同)，而處理當年(2020年)的防治效果為5.57%～71.33%，處理次年(2021年)的防治效果為1.96%～90.06%，均極顯著高于CK(P<0.01，下同)。其中，2020年防治效果最佳的為處理A，達71.33%，極顯著高于其他處理；其次為處理F，防治效果為30.01%，極顯著高于除處理A外的其他處理；處理B和處理D的防治效果較差，二者差異不顯著，但均極顯著低于其他土壤調節劑(肥料)處理。在2021年，各處理間的防治效果均存在極顯著差異，其中，處理F的防治效果最優，為90.06%，其次為處理E，為73.67%，而在2020年防治效果最佳的處理A在次年(2021年)的防治效果(1.96%)最差。綜上所述，各土壤調節劑(肥料)對甘蔗宿根黃化均具有極顯著的防治作用，尤其處理F的防治效果最佳。

表1 不同土壤調節劑(肥料)對甘蔗宿根黃化的防治效果

2.2 不同土壤調節劑(肥料)處理當年和次年的防治效果對比

從圖1可看出，處理A次年宿根黃化大量發生，其防治效果(1.96%)極顯著低于處理當年；除處理A外，其余處理次年宿根黃化的防治效果均有一定程度提高，其中，處理C次年的防治效果顯著高于處理當年(P<0.05，下同)，處理D、E和F次年的防治效果均極顯著高于處理當年，尤其以處理E和F次年的防治效果更佳，均在70.00%以上。說明不同土壤調節劑(肥料)對甘蔗宿根黃化防治的有效時長差異明顯，其中，土施處理的有效時長明顯優于葉面噴施處理，當年防治效果最優的葉面噴施處理在次年的防治效果最低，而土施糖廠煤灰的處理F連續2年均具有較高的防治效果，更具推廣應用前景。

同一處理不同圖柱上不同大、小寫字母分別表示差異極顯著(P<0.01) 和顯著(P<0.05) Different uppercase and lowercase letters on different columns of the same treatment indicated extremely significant(P<0.01) and significant(P<0.05) difference圖1 2020和2021年甘蔗宿根黃化防治效果對比Fig.1 Comparison of control effects of different treatments in 2020 and 2021

2.3 不同土壤調節劑(肥料)對甘蔗苗期生長及產量的影響

2.3.1 對苗期主要農藝性狀的影響 由表2可知，在2020年，對分蘗率增加作用最明顯的為處理A，其分蘗率達51.4%，其次為處理F，分蘗率為34.2%，處理B～D的分蘗率均低于CK，其中，處理A、E和F的分蘗率均極顯著高于CK，處理D的分蘗率極顯著低于CK，處理B和C的分蘗率與CK無顯著差異；對葉片數增加作用最明顯的是處理A，其葉片最多，為4.79片，其次為處理C，為3.16片，處理A、B、C和F的葉片數極顯著多于CK，D和處理E的葉片數與CK差異不顯著。在2021年，對分蘗率增加作用最明顯的為處理F，其分蘗率達105.1%，其次為處理E，分蘗率為88.0%，而分蘗率最低的為處理A，僅14.3%，其中，處理F、E、D、C和B的分蘗率均極顯著高于CK，處理A的分蘗率與CK無顯著差異；各土壤調節劑(肥料)處理對葉片數增加均有顯著或極顯著作用，其中，葉片數最多的是處理F，為5.06片，處理E、C、A和D的葉片數也較多，且均極顯著多于CK，處理B的葉片數顯著多于CK。說明參試各土壤調節劑(肥料)對甘蔗苗期生長均有較大影響，處理當年以葉面噴施Fe2+(處理A)效果最佳，但隨著觀測期延長至2021年，各土施處理對甘蔗苗期生長表現出更持久的促進作用，其中在出苗前土施糖廠煤灰1.0 t/667 m2(處理F)的效果最佳。

表2 不同土壤調節劑(肥料)處理后甘蔗苗期的主要農藝現狀表現

2.3.2 對甘蔗產量的影響 由表3可知，處理A的植株最高，有效莖數最多，處理F的莖徑最粗(與處理A相同)，單莖重最重，產量最高。其中，處理A、C和F的株高極顯著高于處理B、D、E和CK，處理C和F的株高與處理A差異不顯著，但二者均顯著高于CK和其他處理，而其他土壤調節劑(肥料)處理對株高無顯著影響；處理A、C、E和F均能極顯著增粗莖徑，而處理B和D對莖徑無顯著影響；處理F的單莖重極顯著大于CK和其他土壤調節劑(肥料)處理，處理C的單莖重顯著或極顯著小于CK和其他土壤調節劑(肥料)處理，處理D和E的單莖重與CK無顯著差異；處理A的有效莖數多于處理E和F，三者差異不顯著，但均極顯著多于其他處理，處理B和D的有效莖數與CK無顯著差異，但三者均顯著少于處理C；處理F的產量顯著高于處理A和E，三者間差異極顯著，且三者分別比CK極顯著高24.22%、16.97%和8.61%，其他處理的產量與CK相比均無顯著差異。說明葉面噴施Fe2+對甘蔗有效莖數增多的效果較好。綜合各處理對甘蔗不同產量指標的影響，在甘蔗出苗前土施糖廠煤灰1.0 t/667 m2(處理F)對促進其增產的效果最佳。

表3 不同土壤調節劑(肥料)對甘蔗產量的影響

2.4 不同土壤調節劑(肥料)處理的甘蔗黃化防治成本和效益對比分析

由表4可知，各土壤調節劑(肥料)處理的甘蔗黃化防治成本在70～2100元/667 m2，排序為處理E>A>F>C>D>B。其中，處理C、D和B的成本較低，在70～86元/667 m2，但防治效果較差，3個處理2年的防治效果均在30.00%以下；處理E的防治成本為2100元/667 m2，高于當地常規栽培管理的產值，雖然防治效果較好，但成本太高；處理A在2020年的防治效果最好，但在次年宿根發蔸后基本失去防治效力，428元/667 m2的成本僅在當年發揮防治作用，也屬于高成本投入；處理F的成本為400元/667 m2，在處理當年和次年的防治效果均在30.00%以上，且在2021年的防治效果為所有處理中最高，達90.06%，黃化防治成本和效果均較理想。因此，在出苗前土施用糖廠煤灰1.0 t/667 m2可作為生產上防控甘蔗宿根黃化的較佳方法。

表4 不同土壤調節劑(肥料)處理的防治成本對比

3 討 論

陳桂芬等[4]研究認為，甘蔗宿根黃化主要發生在土壤pH<4.5的土壤上。李賢宇等[15]、于華等[18]、陳桂芬等[4]研究表明，甘蔗在土壤中鹽分、酚酸類和礦質元素大量累積而酸化嚴重的土壤中生長，宿根蔗蔸留土時間長，致使根系中毒而逐漸缺乏活力甚至壞死，嚴重影響對養分和水分的吸收，是宿根黃化發生的根本原因。本研究結果與上述研究結果相似，選用的6種土壤調節劑(肥料)均具有一定調節土壤pH和改善土壤理化性質的作用，對甘蔗宿根黃化防治顯著效果，其中，熟石灰是生產中最常用的酸性土壤調節劑，處理E和F的pH分別為7.6和10.3，呈弱堿性和堿性，降低土壤酸度的作用明顯，防治效果較好。此外，徐福利等[21]研究證實，破除土壤板結、提高土壤通透性和促進根系發育能顯著改善甘蔗黃化現象。羅霆等[3]調查發現，甘蔗宿根黃化發生率為中度和重度的取樣點，其土壤有72.7%為黏土，而本研究中生物炭和糖廠煤灰是大顆粒結構物，大量施入土壤后，很可能改變了土壤的機械組成，增加土壤孔隙度，使得本來黏重的土壤狀況得以改良，從而對甘蔗宿根黃化起到較好的防治作用。

葉面噴施鐵、鎂、硼、鈣、鉀、鋅和氮等營養元素均能提高甘蔗黃化苗的轉綠率，以噴施鐵的效果最佳[4]。在本研究中，葉面噴施硫酸亞鐵肥是最直接有效的鐵補充方式，能快速高效地使甘蔗黃化植株復綠，對當年甘蔗宿根黃化的防治效果達71.33%，但對次年宿根萌發蔗苗的黃化幾乎沒有防治效果，原因可能是鐵在甘蔗植株內很難移動，葉面噴施的鐵僅能引起甘蔗暫時的局部返青，僅限于當年的即時效果，不能根本解決黃化問題[5]；單一從葉面補充營養元素不能從根本上防治甘蔗宿根黃化，且硫酸亞鐵對宿根黃化的防控作用僅限于葉面噴施，土施硫酸亞鐵10.0 kg/667 m2的防治效果不理想。已有研究發現，甘蔗黃化植株的全鐵含量遠高于正常植株，但活性鐵含量遠低于正常植株[14，22]，進一步說明甘蔗黃化的直接原因不是單純缺鐵，很可能是鐵在植株內的轉運受阻，不能被吸收和運送到葉綠體中[14-15]。

甘蔗宿根發生黃化后，植株失綠，光合作用受阻，體內相關生理代謝過程變緩或停滯，最終表現為植株矮小、分蘗變少、新葉抽出異常困難，嚴重影響甘蔗的生長發育[13]。本研究中，各參試土壤調節劑(肥料)均能在一定程度上降低宿根黃化對甘蔗植株生長的負面影響，分蘗率和葉片數均高于CK。

前人研究發現，甘蔗宿根黃化率降低后能有效提高甘蔗產量[16]。本研究中，處理F在2020年對宿根黃化的防治效果為30.01%，甘蔗增產24.22%，至2021年，各土施土壤調節劑(肥料)處理對甘蔗宿根黃化的防治效果又進一步提高，尤其是處理F，防治效果達90.06%，但由于試驗管理不當，致2021年產量數據無法收集，而從2020年各土施土壤調節劑(肥料)處理的防治效果與增產量的關系推斷，有效的甘蔗宿根黃化防控措施(如處理F)能提高甘蔗產量20.00%以上，與Chen等[11]和Huang等[12]研究認為甘蔗宿根黃化造成甘蔗減產20.00%～40.00%的結果相符。

朱文倩等[23]研究表明，甘蔗生理性黃化現象的根本原因在于植株根系稀少及老化影響營養元素吸收和供給，而不是單純的葉面營養缺乏。土施土壤調節劑(肥料)在處理當年的效果均差于葉面噴施，原因可能是各處理在土壤表面撒施的土壤調節劑(肥料)當年未完全混入土壤中，不能迅速作用于甘蔗根系發揮防治作用，但第2年通過破壟松蔸、培土等大田操作逐漸作用于根區土壤，才表現出較好的防治效果。因此認為，要想徹底防治甘蔗宿根黃化，有效的方法應該是將土壤調節劑(肥料)作用于根區土壤，對當年已發生黃化的蔗地，應葉面噴施和土施結合，以快速復綠挽救當年的產量損失，并使土壤調節劑(肥料)作用于土壤和根系。

甘蔗生產的成本結構主要為土地、勞動力和生產資料投入三大項。我國當前的甘蔗生產單位仍以個體農戶為主，機械化程度低，生產成本相較于海外主要甘蔗生產國劣勢明顯，而額外耗資的管理措施很難被接受和推廣[24]。以本研究中防治效果最好的施用糖廠煤灰處理為例，盡管有農戶證實糖廠煤灰處理能徹底解決甘蔗宿根黃化問題，達到10年以上不復發，但由于需要一次性投入約400元/667 m2成本，對當前收益不高的原料蔗生產而言極大部分農戶不能接受。因此，在后續研究中，應探尋更高效低成本的甘蔗宿根黃化防治方法，并通過土地流轉、集約化生產措施，進一步加大雙高基地的建設力度，以實現甘蔗生產規?；?、機械化和現代化[25-26]，降低生產成本，提高甘蔗生產效益。

4 結 論

葉面噴施含Fe2+葉面肥對當年已發生的甘蔗宿根黃化具有顯著復綠作用，能快速挽回甘蔗宿根黃化引起的產量損失，但無法從根本上防治甘蔗宿根黃化。綜合考慮防治成本及對蔗苗生長和甘蔗產量的影響，生產上以土施糖廠煤灰1.0 t/667 m2對甘蔗宿根黃化的防治效果及對甘蔗前期生長和后期產量的促進作用效果較佳。