檳榔黃化病防控的生態地球化學研究

何玉生

（海南省海洋地質資源與環境重點實驗室，海南省地質調查院，?？?570206）

檳榔樹（Areca palm）為棕櫚科植物，是海南省熱帶農業重要的“三棵樹”（橡膠、檳榔、椰子）之一。2018 年底海南省檳榔種植面積超過10.99 萬hm2，產值達404.9億元；2020年產值達543.0億元，已成為海南省230 多萬農民的主要經濟來源之一（唐慶華 等，2022）。然而，檳榔樹極易罹患黃化病。該病是一種極易感染、蔓延迅速、極具毀滅性的頭號病害，初期表現為中下層2～3葉黃化，并與其他綠色部分分界明顯，到中期黃化向上蔓延，并擴大至整株葉片黃化，心葉變小，葉片變粗變短、畸形，花序軸頂變黑枯萎，果實提前脫落，胚乳失綠變黑、變軟，晚期葉片脫落，留下光桿死亡（劉寶生 等，2008；楊春雨 等，2018；柯佑鵬，2019）。大量研究發現，檳榔黃化植原體（areca palm yellow leaf phyto-plasma, AYLP）和檳榔隱癥病毒1（Areca palm velarivirus 1, APV1）是檳榔黃化病的致病病原（車海彥 等，2017；牛曉慶 等，2021；孟秀利 等，2021；唐慶華 等，2021），其中的植原體是一種類似細菌、但沒有細胞壁、被單位膜包裹的原核生物，分布于植物韌皮部篩管細胞、伴胞、韌皮纖維以及刺吸式介體昆蟲的腸道、淋巴、唾液腺等組織內。田間主要通過黑刺粉虱、長尾粉蚧等刺吸式口器昆蟲近距離傳播，也包括通過采果使用的工具、調運帶病的種果種苗等人為方式進行傳播（宋薇薇 等，2020）。

1981 年，海南省屯昌縣首次發現檳榔黃化病時，其為害面積6.67 hm2左右，曾給感病植株追施鉀肥及微量元素，但效果不顯著（萬三連 等，2015）；后續試驗發現施用四環素、土霉素治療有一定的病害抑制效果（楊枝林 等，2013），但存在復發問題。40多年以來，對檳榔黃化病的防控已形成一套綜合性防控措施。2020年，中國熱帶農業科學院椰子研究所承擔的海南省科學技術廳“2018年海南省檳榔病蟲害重大科技計劃項目”，發布《檳榔黃化病防控明白紙》，針對不同危害程度的檳榔園，提出不同的物理、化學和生態等的防控技術組合，其中的防控藥劑均為殺滅傳播昆蟲的有機化學農藥（Huang et al., 2016；宋薇薇 等，2020），但2022年筆者在萬寧市開展農業地質調查時，發現檳榔樹因黃化病致使檳榔產量急劇降低，單價飚升至以往常年的10 倍以上。檳榔黃化病防控仍然任重道遠。

傳播媒介攜帶病原致使宿主感病，是動植物罹患傳染病的方式之一。刺吸式介體昆蟲傳播植原體致使檳榔樹感染黃化病，一方面要找到能有效殺滅刺吸式介體昆蟲的化學藥劑，另一方面要找到能賦予檳榔樹自身內在的抑制黃化病病原的“預防藥物”（宋薇薇 等，2018），如同牛痘之于人體避免感染天花一般——毫無疑問，這些“預防藥物”不排除某些地球化學元素（黎妍妍 等，2018；郭興科等，2019；周陽 等，2021；Prajna et al., 2022; Veldhuis et al., 2022；張恒 等，2022）。2013—2014 年，基于檳榔黃化病防控的重要性、復雜性、迫切性，防控技術現狀以及地球化學元素的生態效應，海南省萬寧市人民政府委托海南省地質調查院承擔“萬寧市檳榔園（1∶10 000）農業地質調查及興隆咖啡生態地球化學評價”項目，其中就包括檳榔黃化病的生態地球化學研究課題。該課題通過配套采集正常未感黃化病的檳榔樹和感病檳榔樹的根系土-根系-葉片樣品，在對比分析的基礎上，揭示土壤微量元素與檳榔樹罹患黃化病之間的關系，旨在為檳榔黃化病防控提供新的思路和方法。本文為該課題的部分研究成果。

1 材料與方法

工作區為萬寧市檳榔主產地三更羅鎮、北大鎮、后安鎮、大茂鎮和長豐鎮的檳榔園，在萬寧市檳榔產業局的技術人員的協助下，隨機采集正常未感黃化病的檳榔樹和感病檳榔樹的根系土、根系和葉片樣品各30套。根系土和根系樣品采集于植株滴水線東、南、西、北4 點，深約0～40 cm，同一植株4點等量采集須根及其根系土，各組成1件樣品；葉片樣品也于同一植株東、南、西、北4點等量采集，組成1件樣品。采樣過程中，對檳榔園的生態地球化學環境也開展調查。

根系土樣品測試Se、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni、Fe、Mn、B、Mo、Cl、F、I、N、P、K、Ca、Mg、S、Co、Na、Si、Al、pH值、有機質質量分數等28項元素指標，植物樣品測試Se、Cu、Pb、Zn、Cd、Hg、As、Cr、Ni、Fe、Mn、B、Mo、F、I、N、P、K、Ca、Mg、S、Co、Na 等23項元素。樣品測試按中國地質調查局地質調查技術標準（中國地質調查局，2005）執行，樣品分析質量監控等滿足要求。

對測試結果以樣品為行、元素指標為列進行數據整理，同時增加“黃化病”指標，檳榔樹感染黃化病時賦值為1，未感染黃化病時賦值為0。60件樣品，每件樣品75項元素指標，共獲得4 500條數據。

數據處理采用邏輯回歸分析（盧紋岱，2000；Bhat et al., 2012），因變量為“是否感染黃化病”，自變量分別為根系土、根系、葉片等不同介質的元素指標，計算檳榔樹的黃化病感病概率，自變量進入回歸模型的方式為向前逐步剔除法，以選擇起主要作用的元素指標。同時繪制不同元素指標的樣品散點圖。

2 結果與分析

2.1 萬寧市主要生態地球化學環境

萬寧市地處熱帶和亞熱帶交界處，屬熱帶海洋季風性氣候，年均溫24.8℃，年均降雨量約2 166 mm，年日照時間為290 d；地勢背山面海，呈階梯式自西向東傾斜，地貌類型依次為西部的構造剝蝕丘陵區、中部的山前剝蝕堆積波狀平原區和東部的濱海堆積區；土地利用方式主要為農用地，主要包括林地、耕地和園地3 種，占比共計88%，林地獨占42%；土壤類型主要為磚紅壤，面積占比達80%，分布于西部山地丘陵區，其次為水稻土，分布于東部平原區，丘陵區也有分布；主要出露二疊紀至白堊紀的中酸性侵入巖，分布于西部山地和丘陵區，分布面積約占3/5，北部山區有少量古生代沉積-變質巖，主要為碎屑巖類變質巖，少量結晶灰巖和變質基性火山巖，分布面積約占1/5，東部直至沿海為第四系，主要為砂礫、砂、黏土、含玻璃隕石砂礫和海灘巖等。氣候、地貌、土地利用、成土母巖母質等造就不同的土壤類型及其地球化學元素分布特征。

2.2 檳榔黃化病與根系土元素質量分數的關系

以檳榔樹是否感染黃化病為因變量、根系土的元素指標為自變量進行邏輯回歸分析，結果表明，根系土中As、Co和B元素分3步依次進入統計模型（表1），模型分類正確率最終達81.7%，有效性的卡方檢驗值31.086，P值＜0.05。最終依據根系土元素的分類概率模型見表2和式（1）。

表1 根系土元素質量分數回歸分析分步執行結果Table 1 Results of regression analysis of element content in the rhizosphere soil

式中：P根系土＞0.5為檳榔樹感染黃化病，＜0.5為檳榔樹未感染黃化病。

該模型意味著根系土As、B、Co元素是檳榔樹是否感染黃化病的主要表征元素，As元素的系數為負數，B、Co元素的系數為正數，表明As質量分數越高，B、Co質量分數越低，檳榔樹感染黃化病的概率越低。

2.3 檳榔黃化病與根系元素質量分數的關系

以根系的元素指標為自變量的統計分析表明，根系中N、Na、Co 和As 元素分4 步依次進入統計模型（表3），模型分類正確率最終達88.3%，有效性的卡方檢驗值48.596，P值＜0.05。最終依據根系元素的分類概率模型見表4和式（2）。

表3 根系元素回歸分析分步執行結果Table 3 Results of regression analysis of elements in the root

表4 最終模型中所包含的根系元素變量Table 4 Elements variables of root in the final model

該模型意味著根系中As、N、Co、Na 元素是檳榔樹是否感染黃化病的主要表征元素，As、N、Na 元素的系數為負數，Co 元素的系數為正數，表明As、N、Na 質量分數越高，Co 質量分數越低，檳榔樹感染黃化病的概率越低。

2.4 檳榔黃化病與葉片元素質量分數的關系

以葉片的元素指標為自變量的統計分析表明，葉片中Hg、Zn、Mg 和S 元素分4 步依次進入統計模型（表5），模型分類正確率最終達96.7%，有效性的卡方檢驗值67.548，P值＜0.05。最終依據葉片元素的分類概率模型見表6和式（3）。

表5 葉片元素回歸分析分步執行結果Table 5 Results of regression analysis of elements in the leaf

表6 最終模型中所包含的葉片元素變量Table 6 Elements variables of leaf in the final model

該模型意味著葉片中Zn、Hg、Mg、S 元素是檳榔樹是否感染黃化病的主要表征因素，Zn、Hg、S元素的系數為負數，Mg元素的系數為正數，表明Zn、Hg、S 質量分數越高，Mg 質量分數越低，檳榔樹感染黃化病的概率越低。

3 討論

根系土、根系和葉片的元素對檳榔樹是否感染黃化病的回歸分析表明：

1）基于不同介質樣品元素質量分數的分類正確率和卡方檢驗均表現為葉片＞根系＞根系土，表明葉片中元素質量分數差異相對最能準確反映檳榔樹是否感染黃化病，這與檳榔黃化病的病癥描述一致，即檳榔樹植株葉片黃化，同時也反映進入回歸模型的元素地球化學特征特別是葉片的元素地球化學特征與黃化病可能存在一定因果聯系。

2）植物葉片、根系等中的微量元素最主要的來源是土壤，植物對土壤背景中微量元素的吸收有一定選擇性（陳恩等，2012；Prajna et al., 2022;Veldhuis et al., 2022）。從生態地球化學角度看，對根系土的元素地球化學組成進行改造可能是防控檳榔黃化病的手段之一。適量增加土壤中的As元素，避開B、Co元素質量分數相對較高的土壤有助于防控檳榔黃化??；根系中As、Co 元素統計特征與根系土基本一致。

3）As元素沒有進入葉片的統計模型（但有重金屬元素Hg進入），參考As元素在檳榔果實-根系土的富集系數0.31%（張娜，2016），說明As 元素不易到達檳榔樹的葉片和果實。但事實上，As在3種介質中都呈現共同的變化趨勢，即未感病檳榔樹的根系土、根系和葉片As元素質量分數大多高于感病的檳榔樹（圖1，根系土As 質量分數＜4.2 mg/kg，根系＜0.28 mg/kg，葉片＜0.12 mg/kg），這種As元素在正?；蚋腥军S化病檳榔樹的不同介質器官中遷移富集的特點，可能體現As元素對黃化病的防控功效，如賦予檳榔樹抑制或殺滅黃化病病原?，F實上，人們曾經開發和利用含砷農藥或藥物用于植物的病蟲害防控甚至動物和人的疾病治療（Liu et al., 2019; Bi et al., 2022）。

圖1 As元素在根系土（土As）、根系（根As）和葉片（葉As）中的質量分數分布Fig.1 Content of As in the rhizosphere soil, root and leaf

4）As作為毒害元素，是土壤環境質量和農產品食用安全評價的重要控制指標。因此，利用As元素防控檳榔黃化病既要達到防控效果，同時不能造成土壤環境污染和果實的食用安全，更確切地說，不能逾越土壤環境質量可允許的容量和農產品污染物限量標準2條“紅線”。據萬寧市檳榔園農業地質調查成果（海南省地質調查院，2014），萬寧市檳榔園土壤的As元素平均質量分數為1.92 mg/kg（質量分數區間0.1～281.4 mg/kg，古生代沉積-變質巖區土壤質量分數最高，平均9.74 mg/kg），大多低于40 mg/kg的農用地土壤污染風險篩選值（生態環境部 等，2018）；檳榔果實中As元素平均質量分數為0.006 mg/kg（質量分數區間0.000 2～0.077 mg/kg），遠低于0.5 mg/kg 的限量值（中華人民共和國衛生部，2012），因此，利用As 元素防控檳榔黃化病，在保證土壤環境質量和檳榔果實食用安全的“紅線”之上有一定容量空間。當然，針對檳榔樹根系土和檳榔果實的系統性田間試驗研究和評估仍是不可或缺的，嚴防二次污染，特別是不可“大水漫灌”，應只針對檳榔樹的根系土精準施加。

4 結論

基于生態地球化學思維和方法，同時對海南萬寧檳榔感染和未感染黃化病的植株進行根系土-根系-葉片配套采樣和分析測試，對比研究表明，根系土中As質量分數越高，B、Co質量分數越低，根系中As、N、Na質量分數越高，Co質量分數越低，葉片中Zn、Hg、S 質量分數越高，Mg 質量分數越低，檳榔樹感染黃化病的概率越低。因土壤中的微量元素是植株中微量元素的最主要來源，提高土壤中的As等元素質量分數，有助于檳榔樹避免感染黃化病。結合含As農藥或礦物用于殺滅農作物病蟲害的事實，認為含As農藥或礦物可能也具有防控檳榔黃化病的功效。但鑒于As的土壤環境質量和農產品食用安全性的限制，應用含As礦物或其他化合物防控檳榔樹感染黃化病，同時必須開展針對檳榔樹根系土的系統性田間試驗研究和評估，嚴防二次污染。