不同土壤调节剂(肥料)对甘蔗宿根黄化的防效及甘蔗生长和产量的影响

罗 霆，吴建明，闫海锋，邓宇驰，Prakash Lakshmanan，丘立杭，陈荣发，范业赓，周慧文，黄柯钧，黄 杏，周忠凤

(广西农业科学院甘蔗研究所/广西甘蔗遗传改良重点实验室/农业农村部广西甘蔗生物技术与遗传改良重点实验室，南宁 530007)

【研究意义】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[1]。广西是我国最大的糖料蔗和食糖生产基地，甘蔗年种植面积约77万hm2，约占全国甘蔗种植面积的60%，蔗糖产量占全国65%以上，食糖外销量占全国跨省贸易量的80%以上，在保证国家食糖有效供给和维护国家食糖安全方面发挥了不可替代的作用[2]。广西甘蔗种植以“一新两宿”为主，宿根蔗面积常年占广西甘蔗种植面积的67%左右。但广西甘蔗宿根黄化现象正在逐年加重，从2012年前后仅在桂南蔗区零星发生，到2020年春季已覆盖桂南、桂中和桂东等广西所有甘蔗种植区域[3]，已成为影响广西甘蔗生产和效益的重要因素之一。目前，生产上对甘蔗宿根黄化的防控以叶面喷施含铁、镁、硼、钙、钾、锌和氮等营养元素的叶面肥为主，甘蔗通过叶面快速吸收营养元素促进叶绿素快速合成改善黄化状况[4-5]，但该方法仅能维持短时效果，消耗人工劳力大，很难大面积推广应用。因此，开展不同土壤调节剂(药肥)对甘蔗宿根黄化防治效果研究，对甘蔗宿根黄化的大面积高效低成本防治具有重要意义。【前人研究进展】植物黄化现象主要分为病毒引起的黄化病[6-7]、基因突变造成的黄化突变体[8-9]和缺素引起的生理性黄化。甘蔗宿根黄化是一种特殊的生理现象[10]，仅在宿根蔗发生，表现为蔗蔸发株后失绿，长出黄色或接近白色的叶片，植株在叶片黄化期间生长“僵滞”，几乎不能分蘖和拔节，新叶抽出速度异常缓慢，可造成减产20%～40%[11-12]。这种“僵滞”状态能维持60 d甚至更长时间，在甘蔗发生黄化期间，正常植株的株高、叶片数、节数和分蘖数增量分别是黄化株的1285%、371%、860%和1650%[13]。黄化植株中铁元素极不活跃，导致与铁有关的酶活性降低，干扰特定酶蛋白的合成，进而影响叶绿素的数量和质量而失绿黄化。叶面喷施铁、镁、硼、钙、钾、锌、氮和钼等营养元素能使植株在一周左右迅速复绿，但次年宿根再萌发时仍发生黄化甚至加重[14-16]，原因可能是叶面喷施的铁仅能引起植株局部返青，很难在植株内移动，因此不能根本解决黄化问题[5]。还有研究认为，甘蔗宿根黄化存在明显的基因型差异，此差异与甘蔗品种的锰含量、分布及铁素营养有关[17]。甘蔗宿根黄化已被证实与光合作用相关基因和茉莉酸生物合成基因有关[10]。黄化株的赤霉素、生长素、细胞分裂素、玉米素、脱落酸和乙烯含量均与正常株存在显著差异[13]。高锰能诱导甘蔗黄化[17]，土施铵态氮肥、硅肥和石灰等能不同程度降低宿根黄化发生[18-22]，但在当前的生产实际中，未找到能大面积推广应用的甘蔗宿根黄化防治方法。而叶面喷施防治甘蔗宿根黄化肥料时费时多，用工用肥成本增加，且防治作用的时间短，不能根本解决黄化问题；使用硅肥或石灰进行土施防治虽能使次年的宿根黄化率降低10%～30%，但对当年已发生的黄化无显著作用，达不到全面防治目的[19-20]。【本研究切入点】目前，针对甘蔗宿根黄化大面积高效低成本防治的研究鲜见报道。【拟解决的关键问题】开展宿根甘蔗叶面喷施铁肥及土施不同土壤调节剂(肥料)对其宿根黄化的防治效果研究，以期筛选出一种或多种土壤调节剂(肥料)，为甘蔗宿根黄化的大面积高效低成本防治提供参考依据。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2020年3月至2021年6月在广西崇左市扶绥县岜盆乡(107°87′E， 22°54′N)蔗地进行，该地块第1年(2019年)宿根蔗黄化率高于95.00%，甘蔗品种为桂糖42号，土壤pH为4.35，供试铁肥为甘蔗黄化苗专用叶面肥(广西金宏达农药有限公司)，含铁(硫酸亚铁)≥12.5%，含半乳糖醛酸脂和葡萄糖酸盐≥20%；供试5种土壤调节剂(肥料)分别为硫酸亚铁(FeSO4·7H2O≥90%，购自郑州凯跃环保科技有限公司)、熟石灰[Ca(OH)2≥95%，购自河北灵寿县佰顺矿产品有限公司]、土壤修复菌剂(有效菌种为巨大芽孢杆菌、解淀粉芽孢杆菌、地衣芽孢杆菌和绿色木霉，有效活菌数≥5.0亿/g、胞外多糖≥1.0 mg/g、有机质含量≥15.0%，无锡建周生物科技有限公司生产)、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，河南力泽环保有限公司生产)和糖厂煤灰(全钾含量121.2 g/kg、速效钾含量99.5 g/kg、全磷含量2.8 g/kg、速效磷含量1.1 g/kg、钙含量160.5 g/kg、镁含量16.3 g/kg、有效硅含量10.3%、pH 10.30，广西扶绥县扶南糖厂提供)。

1.2 试验方法

1.2.1 试验设计 在试验点第一年宿根蔗地中划分3 m×10 m小区21个，设6个处理(处理A～F)，3次重复，3个对照(CK)小区，采用随机区组设计。2020年3月25日进行土壤调节剂(肥料)处理，2020年6月5日统计各处理当年的黄化发生率、出苗率、分蘖率和叶片数，2021年1月7日砍收，统计各处理的有效茎、茎径等产量相关指标。2021年6月3日统计各处理当年的黄化发生率、分蘖率和叶片数。

各处理土壤调节剂(肥料)用量参考常规蔗地管理方法施用。其中，处理A为2020年出苗3叶左右时，以铁肥300.0 g/667 m2兑水45.0 kg后叶面喷施；处理B为出苗前土施硫酸亚铁10.0 kg/667m2；处理C为出苗前土施熟石灰20.0 kg/667m2；处理D为出苗前根区土壤淋灌修复菌剂500.0 g/667m2(稀释3000倍)；处理E为出苗前土施生物炭1.0 t/667m2；处理F为出苗前土施糖厂煤灰1.0 t/667m2。每处理3次重复。叶面喷施处理与土施处理之间最小间隔30 m。以不做任何处理为对照(CK)，每个区组设CK 1个。

1.2.2 测定项目及方法 将每个试验小区按五点法划分为东、南、西、北、中5个区域，在每个区域中随机选20株甘蔗，记录分蘖数和叶片数，其中，分蘖数以田间实际计数为准，叶片数只记录完全看见叶环的叶片。有效茎数每个材料调查1行，株高和茎径每个材料随机取15株调查，其中，株高为从地面到第一片见肥厚带叶片叶鞘处的距离，茎径为在蔗茎中部剥去叶鞘后用卡尺正对芽的方向卡进去测量的直径。产量依照公式计算：甘蔗产量(t/hm2)=[有效茎数×单茎重(kg)]/1000。

统计每处理当年和次年宿根的黄化发生率，计算当年使用的土壤调节剂(肥料)和用工成本。其中，处理后70 d统计处理A的当年黄化发生率，宿根出苗3叶左右时统计次年黄化发生率，其他处理的当年黄化发生率在处理后30 d统计，次年黄化发生率在宿根出苗3叶左右时统计。黄化发生率(%)=黄化苗数/总苗数×100，黄化防治效果(%)=(对照黄化率-处理黄化率)/对照黄化率×100。

1.3 统计分析

试验数据采用Excel 2010进行统计，以SPSS 19.0进行差异显著性分析。

2 结果与分析

2.1 不同土壤调节剂(肥料)对甘蔗宿根黄化的防治效果

由表1可知，2019年未进行土壤调节剂(肥料)处理前甘蔗的宿根黄化发生率为96.92%～99.07%，与CK均无显著差异(P>0.05，下同)，而处理当年(2020年)的防治效果为5.57%～71.33%，处理次年(2021年)的防治效果为1.96%～90.06%，均极显著高于CK(P<0.01，下同)。其中，2020年防治效果最佳的为处理A，达71.33%，极显著高于其他处理；其次为处理F，防治效果为30.01%，极显著高于除处理A外的其他处理；处理B和处理D的防治效果较差，二者差异不显著，但均极显著低于其他土壤调节剂(肥料)处理。在2021年，各处理间的防治效果均存在极显著差异，其中，处理F的防治效果最优，为90.06%，其次为处理E，为73.67%，而在2020年防治效果最佳的处理A在次年(2021年)的防治效果(1.96%)最差。综上所述，各土壤调节剂(肥料)对甘蔗宿根黄化均具有极显著的防治作用，尤其处理F的防治效果最佳。

表1 不同土壤调节剂(肥料)对甘蔗宿根黄化的防治效果

2.2 不同土壤调节剂(肥料)处理当年和次年的防治效果对比

从图1可看出，处理A次年宿根黄化大量发生，其防治效果(1.96%)极显著低于处理当年；除处理A外，其余处理次年宿根黄化的防治效果均有一定程度提高，其中，处理C次年的防治效果显著高于处理当年(P<0.05，下同)，处理D、E和F次年的防治效果均极显著高于处理当年，尤其以处理E和F次年的防治效果更佳，均在70.00%以上。说明不同土壤调节剂(肥料)对甘蔗宿根黄化防治的有效时长差异明显，其中，土施处理的有效时长明显优于叶面喷施处理，当年防治效果最优的叶面喷施处理在次年的防治效果最低，而土施糖厂煤灰的处理F连续2年均具有较高的防治效果，更具推广应用前景。

同一处理不同图柱上不同大、小写字母分别表示差异极显著(P<0.01) 和显著(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图1 2020和2021年甘蔗宿根黄化防治效果对比Fig.1 Comparison of control effects of different treatments in 2020 and 2021

2.3 不同土壤调节剂(肥料)对甘蔗苗期生长及产量的影响

2.3.1 对苗期主要农艺性状的影响 由表2可知，在2020年，对分蘖率增加作用最明显的为处理A，其分蘖率达51.4%，其次为处理F，分蘖率为34.2%，处理B～D的分蘖率均低于CK，其中，处理A、E和F的分蘖率均极显著高于CK，处理D的分蘖率极显著低于CK，处理B和C的分蘖率与CK无显著差异；对叶片数增加作用最明显的是处理A，其叶片最多，为4.79片，其次为处理C，为3.16片，处理A、B、C和F的叶片数极显著多于CK，D和处理E的叶片数与CK差异不显著。在2021年，对分蘖率增加作用最明显的为处理F，其分蘖率达105.1%，其次为处理E，分蘖率为88.0%，而分蘖率最低的为处理A，仅14.3%，其中，处理F、E、D、C和B的分蘖率均极显著高于CK，处理A的分蘖率与CK无显著差异；各土壤调节剂(肥料)处理对叶片数增加均有显著或极显著作用，其中，叶片数最多的是处理F，为5.06片，处理E、C、A和D的叶片数也较多，且均极显著多于CK，处理B的叶片数显著多于CK。说明参试各土壤调节剂(肥料)对甘蔗苗期生长均有较大影响，处理当年以叶面喷施Fe2+(处理A)效果最佳，但随着观测期延长至2021年，各土施处理对甘蔗苗期生长表现出更持久的促进作用，其中在出苗前土施糖厂煤灰1.0 t/667 m2(处理F)的效果最佳。

表2 不同土壤调节剂(肥料)处理后甘蔗苗期的主要农艺现状表现

2.3.2 对甘蔗产量的影响 由表3可知，处理A的植株最高，有效茎数最多，处理F的茎径最粗(与处理A相同)，单茎重最重，产量最高。其中，处理A、C和F的株高极显著高于处理B、D、E和CK，处理C和F的株高与处理A差异不显著，但二者均显著高于CK和其他处理，而其他土壤调节剂(肥料)处理对株高无显著影响；处理A、C、E和F均能极显著增粗茎径，而处理B和D对茎径无显著影响；处理F的单茎重极显著大于CK和其他土壤调节剂(肥料)处理，处理C的单茎重显著或极显著小于CK和其他土壤调节剂(肥料)处理，处理D和E的单茎重与CK无显著差异；处理A的有效茎数多于处理E和F，三者差异不显著，但均极显著多于其他处理，处理B和D的有效茎数与CK无显著差异，但三者均显著少于处理C；处理F的产量显著高于处理A和E，三者间差异极显著，且三者分别比CK极显著高24.22%、16.97%和8.61%，其他处理的产量与CK相比均无显著差异。说明叶面喷施Fe2+对甘蔗有效茎数增多的效果较好。综合各处理对甘蔗不同产量指标的影响，在甘蔗出苗前土施糖厂煤灰1.0 t/667 m2(处理F)对促进其增产的效果最佳。

表3 不同土壤调节剂(肥料)对甘蔗产量的影响

2.4 不同土壤调节剂(肥料)处理的甘蔗黄化防治成本和效益对比分析

由表4可知，各土壤调节剂(肥料)处理的甘蔗黄化防治成本在70～2100元/667 m2，排序为处理E>A>F>C>D>B。其中，处理C、D和B的成本较低，在70～86元/667 m2，但防治效果较差，3个处理2年的防治效果均在30.00%以下；处理E的防治成本为2100元/667 m2，高于当地常规栽培管理的产值，虽然防治效果较好，但成本太高；处理A在2020年的防治效果最好，但在次年宿根发蔸后基本失去防治效力，428元/667 m2的成本仅在当年发挥防治作用，也属于高成本投入；处理F的成本为400元/667 m2，在处理当年和次年的防治效果均在30.00%以上，且在2021年的防治效果为所有处理中最高，达90.06%，黄化防治成本和效果均较理想。因此，在出苗前土施用糖厂煤灰1.0 t/667 m2可作为生产上防控甘蔗宿根黄化的较佳方法。

表4 不同土壤调节剂(肥料)处理的防治成本对比

3 讨 论

陈桂芬等[4]研究认为，甘蔗宿根黄化主要发生在土壤pH<4.5的土壤上。李贤宇等[15]、于华等[18]、陈桂芬等[4]研究表明，甘蔗在土壤中盐分、酚酸类和矿质元素大量累积而酸化严重的土壤中生长，宿根蔗蔸留土时间长，致使根系中毒而逐渐缺乏活力甚至坏死，严重影响对养分和水分的吸收，是宿根黄化发生的根本原因。本研究结果与上述研究结果相似，选用的6种土壤调节剂(肥料)均具有一定调节土壤pH和改善土壤理化性质的作用，对甘蔗宿根黄化防治显著效果，其中，熟石灰是生产中最常用的酸性土壤调节剂，处理E和F的pH分别为7.6和10.3，呈弱碱性和碱性，降低土壤酸度的作用明显，防治效果较好。此外，徐福利等[21]研究证实，破除土壤板结、提高土壤通透性和促进根系发育能显著改善甘蔗黄化现象。罗霆等[3]调查发现，甘蔗宿根黄化发生率为中度和重度的取样点，其土壤有72.7%为黏土，而本研究中生物炭和糖厂煤灰是大颗粒结构物，大量施入土壤后，很可能改变了土壤的机械组成，增加土壤孔隙度，使得本来黏重的土壤状况得以改良，从而对甘蔗宿根黄化起到较好的防治作用。

叶面喷施铁、镁、硼、钙、钾、锌和氮等营养元素均能提高甘蔗黄化苗的转绿率，以喷施铁的效果最佳[4]。在本研究中，叶面喷施硫酸亚铁肥是最直接有效的铁补充方式，能快速高效地使甘蔗黄化植株复绿，对当年甘蔗宿根黄化的防治效果达71.33%，但对次年宿根萌发蔗苗的黄化几乎没有防治效果，原因可能是铁在甘蔗植株内很难移动，叶面喷施的铁仅能引起甘蔗暂时的局部返青，仅限于当年的即时效果，不能根本解决黄化问题[5]；单一从叶面补充营养元素不能从根本上防治甘蔗宿根黄化，且硫酸亚铁对宿根黄化的防控作用仅限于叶面喷施，土施硫酸亚铁10.0 kg/667 m2的防治效果不理想。已有研究发现，甘蔗黄化植株的全铁含量远高于正常植株，但活性铁含量远低于正常植株[14，22]，进一步说明甘蔗黄化的直接原因不是单纯缺铁，很可能是铁在植株内的转运受阻，不能被吸收和运送到叶绿体中[14-15]。

甘蔗宿根发生黄化后，植株失绿，光合作用受阻，体内相关生理代谢过程变缓或停滞，最终表现为植株矮小、分蘖变少、新叶抽出异常困难，严重影响甘蔗的生长发育[13]。本研究中，各参试土壤调节剂(肥料)均能在一定程度上降低宿根黄化对甘蔗植株生长的负面影响，分蘖率和叶片数均高于CK。

前人研究发现，甘蔗宿根黄化率降低后能有效提高甘蔗产量[16]。本研究中，处理F在2020年对宿根黄化的防治效果为30.01%，甘蔗增产24.22%，至2021年，各土施土壤调节剂(肥料)处理对甘蔗宿根黄化的防治效果又进一步提高，尤其是处理F，防治效果达90.06%，但由于试验管理不当，致2021年产量数据无法收集，而从2020年各土施土壤调节剂(肥料)处理的防治效果与增产量的关系推断，有效的甘蔗宿根黄化防控措施(如处理F)能提高甘蔗产量20.00%以上，与Chen等[11]和Huang等[12]研究认为甘蔗宿根黄化造成甘蔗减产20.00%～40.00%的结果相符。

朱文倩等[23]研究表明，甘蔗生理性黄化现象的根本原因在于植株根系稀少及老化影响营养元素吸收和供给，而不是单纯的叶面营养缺乏。土施土壤调节剂(肥料)在处理当年的效果均差于叶面喷施，原因可能是各处理在土壤表面撒施的土壤调节剂(肥料)当年未完全混入土壤中，不能迅速作用于甘蔗根系发挥防治作用，但第2年通过破垄松蔸、培土等大田操作逐渐作用于根区土壤，才表现出较好的防治效果。因此认为，要想彻底防治甘蔗宿根黄化，有效的方法应该是将土壤调节剂(肥料)作用于根区土壤，对当年已发生黄化的蔗地，应叶面喷施和土施结合，以快速复绿挽救当年的产量损失，并使土壤调节剂(肥料)作用于土壤和根系。

甘蔗生产的成本结构主要为土地、劳动力和生产资料投入三大项。我国当前的甘蔗生产单位仍以个体农户为主，机械化程度低，生产成本相较于海外主要甘蔗生产国劣势明显，而额外耗资的管理措施很难被接受和推广[24]。以本研究中防治效果最好的施用糖厂煤灰处理为例，尽管有农户证实糖厂煤灰处理能彻底解决甘蔗宿根黄化问题，达到10年以上不复发，但由于需要一次性投入约400元/667 m2成本，对当前收益不高的原料蔗生产而言极大部分农户不能接受。因此，在后续研究中，应探寻更高效低成本的甘蔗宿根黄化防治方法，并通过土地流转、集约化生产措施，进一步加大双高基地的建设力度，以实现甘蔗生产规模化、机械化和现代化[25-26]，降低生产成本，提高甘蔗生产效益。

4 结 论

叶面喷施含Fe2+叶面肥对当年已发生的甘蔗宿根黄化具有显著复绿作用，能快速挽回甘蔗宿根黄化引起的产量损失，但无法从根本上防治甘蔗宿根黄化。综合考虑防治成本及对蔗苗生长和甘蔗产量的影响，生产上以土施糖厂煤灰1.0 t/667 m2对甘蔗宿根黄化的防治效果及对甘蔗前期生长和后期产量的促进作用效果较佳。