陈杨明珠 杨曙 梁丽萍 黄渝岚 黎晓峰

摘 要 采用田间试验方法对石灰及其与有机肥、硅肥配合施用对宿根蔗幼苗黄化的影响进行了探讨，旨在为甘蔗黄化病的防控提供科学依据。结果表明，石灰施用显著提高土壤pH值，降低根区和非根区土壤中的水溶态、交换态锰和活性锰含量，使甘蔗幼苗叶片锰含量减少11.8%～42.0%、叶绿素含量增加56.0%～251.1%、幼苗黄化率降低37.7%。在施用石灰的基础上施用有机肥对土壤锰形态及含量的影响趋势与石灰处理相似，植株幼苗叶片锰含量、幼苗黄化率显著降低。然而，在石灰和有机肥施用的基础上施用硅肥与否对甘蔗幼苗黄化的影响不显著。这些结果说明石灰及其与有机肥配施是防控甘蔗幼苗黄化病的有效措施。

关键词 石灰；有机肥；甘蔗；黄化；锰

中图分类号 S146+.1 文献标识码 A

Impact of Lime and Its Composite Application with Manure on Sugarcane Chlorosis

CHEN Yangmingzhu1， YANG Shu1， LIANG Liping1， HUANG Yulan1， LI Xiaofeng1，2*

1 College of Agriculture， Guangxi University/Cultivation Base of Guangxi Key Laboratory for Agro-Environment and Agro-Product Safety， Nanning， Guangxi 530004， China

2 State Key Laboratory for Conservation and Utilization of Subtropical Agro-bioresources/Guangxi Collaborative Innovation Center of Sugarcane Industry， Nanning， Guangxi 530004， China

Abstract The effects of lime and its composite application with organic fertilizer or silicon fertilizer on sugarcane chlorosis were investigated by a field experiment to provide a scientific basis for the prevention and control of sugarcane chlorosis. The application of lime significantly increased the pH value of soil and reduced the contents of water-soluble， exchangeable and active Mn in root and non-root soils. The content of Mn in the leaves of sugarcane seedlings decreased by 11.8%-42.0%， the chlorophyll content increased by 56.0%-251.1%， and the etiolation rate of seedlings decreased by 37.7% ， respectively， by applying lime. The influence trend of the form and content of Mn after the application of organic fertilizer was similar to that of lime treatment on the basis of the application of lime. The Mn content of the leaves and the etiolation rate of seedlings significantly decreased. However， the effect of applying silicon fertilizer on sugarcane seedlings chlorosis was not significant on the basis of the application of lime and silicon fertilizer.These results show that lime and its application with organic fertilizer is an effective measure to prevent and control the chlorosis of sugarcane seedlings.

Key words lime； fertilizer； sugarcane； chlorosis； manganese

doi 10.3969/j.issn.1000-2561.2018.06.002

廣西酸性土壤多为第四纪红土发育的铁铝土，其在高温高湿的气候下，土壤中矿物经过强烈的化学作用，盐基被淋失，土壤进行了脱硅富铁铝化过程，黏土矿物以铁铝氧化物和高岭石为主[1]，呈酸性反应，具有盐基饱和度低、阳离子交换量小、游离氧化铁含量和交换性铝饱和度高等特点[2]。广西的土壤富含锰、铝元素，土壤中锰和铝活性直接受土壤pH影响，当土壤pH<5.5时，锰和铝活性提高，当过量的锰和铝溶解进入土壤溶液后会对该土壤上的植物产生毒害作用。锰毒和铝毒被认为是广西酸性土壤上农作物生长的主要限制因子[2]。

锰是植物必需的营养元素，然而锰过多对植物生长有害[3-4]。酸性条件下，活性锰过多是仅次于铝毒的作物生长限制因素。甘蔗作为主要糖料作物，在中国主要种植在酸性土壤上。近年来，种植在广西、广东酸性红壤上的甘蔗幼苗出现大面积的黄化问题。本课题组前期研究发现，甘蔗幼苗失绿是酸性土壤中过多锰引起的毒害[5-6]，施肥及营养管理是防治甘蔗幼苗黄化的有效途径。叶片喷施含铁药肥、培养液中补铁均能有效抑制甘蔗幼苗黄化[6-7]。然而，土壤施肥对甘蔗幼苗黄化病的影响尚未见报道。本研究采用间试法研究了石灰及其与有机肥、硅肥配合施用对甘蔗幼苗黄化、植株锰含量、土壤錳的形态的影响，旨在为甘蔗黄化病的防控提供技术支撑。

1 材料与方法

1.1 材料

供试甘蔗为第一年宿根的“新台糖22号”。供试肥料有石灰、硅肥（偏硅酸钠，SiO2 30%）、有机肥（鸡粪，含有机质30%、氮1.63%、P2O5 1.54%、K2O 0.85%）。

1.2 方法

1.2.1 试验设计 试验于广西扶绥县进行，供试土壤为第四纪红土母质发育的赤红土，pH 5.14，含有机质18.78 g/kg、有效硅289.25 mg/kg、活性锰41.67 mg/kg。

设4个处理。处理1：对照（不施石灰、有机肥和硅肥）；处理2：石灰；处理3：石灰和有机肥配合施用；处理4：石灰、有机肥、硅肥配合施用。石灰、有机肥、硅肥均作基肥施用，用量分别为2 375、15 000、3 750 kg/hm2。石灰、硅肥和有机肥分别施于开垄后的蔗蔸一侧。小区面积32 m2，各处理均重复3次。

1.2.2 土壤样品采集 为获得非根区土壤（B），于甘蔗苗期将装有200 g/袋耕层土的尼龙网袋埋设于种植垄上、两蔗株之间，深8 cm，3袋/小区。土壤过2 mm筛后，按各处理施肥量添加相应肥料并混匀。

在甘蔗分蘖期和伸长期，采集种植垄上耕层根系密集区域土壤（根区土壤，R）和网袋内土壤（非根区土壤，B），分别风干、混匀后过18目筛。

1.2.3 观测及植株样品采集 施肥72 d后观测甘蔗幼苗黄化状况，记载黄化苗数和总苗数，计算黄化率（黄化苗数/总苗数伊100%）。在施肥后的第72、90天采集随机采自10株甘蔗+1叶位和-3叶位样品。

1.2.4 分析方法 植株样品：锰，微波消煮-原子吸收光度法[8]；叶绿素，丙酮乙醇混合液浸提-分光光度法[9]；土壤pH：电位法（土水比1∶2.5）[10]；活性锰：为水溶性锰，交换态锰和易还原性锰的总和，用连续提取法测定土壤中3种活性锰[11]；锰形态：Tessier形态分析法连续提取[12]。

1.3 数据分析

试验所得数据采用Duncan法进行显著性比较分析。

2 结果与分析

2.1 施肥对土壤pH值及锰形态的影响

2.1.1 施肥对土壤pH值的影响 从表1可知，石灰及其与有机肥、硅肥的施用均显著增加土壤pH值，增加值达0.63～2.57。甘蔗伸长期根区土壤pH值增加的幅度大于分蘖期。在2个生长时期中，甘蔗根区与非根区土壤pH随着施肥种类的叠加而升高。各处理间根区土壤pH值均有显著差异，而在非根区土壤中处理2与处理3的pH值无差异。石灰及其与有机肥、硅肥的配合施用增加根区、非根区土壤pH值，从而降低土壤中交换态锰的有效性。

2.1.2 施肥对土壤活性锰的影响 石灰及其与有机肥配合施用均显著降低土壤的活性锰含量（表2）。施肥处理的锰含量仅为对照的22.96%～54.65%。虽然不同处理对非根区土壤活性锰含量的影响显著不同，但是根区土壤活性锰含量在施肥处理间的差异不显著。在施用石灰、有机肥（处理3）的基础上添加硅肥施用（处理4），显著降低非根区土壤活性锰含量。

2.1.3 施肥对土壤中Mn形态影响 土壤中的锰以铁锰氧化态锰为主，其次为碳酸盐结合态，交换态、水溶态锰含量很低（表3～4）。施肥处理显著降低水溶性锰、交换性锰和有机结合态锰含量，而增加碳酸结合态和铁锰握氧化态锰含量，施肥后，土壤中水溶性锰、交换态锰、有机结合态锰减少量分别为43.8%～67.9%、62.2%～97.3%、27.5%～0.13%，而碳酸结合态锰和铁锰氧化态锰却增加-8.1%～65.3%、-0.1%～20.8%（表4）。

在甘蔗分蘖期不同施肥处理的水溶性锰、交换态锰、有机结合态锰含量差异不显著（表3），但在甘蔗伸长期不同施肥处理对锰存在形态的影响程度不同。施用石灰（处理2）后，土壤水溶性锰（0.74 mg/kg）、交换态锰（1.01 mg/kg）、有机结合态锰（31.86 mg/kg）含量，仅相当于对照的54.0%、37.8%、85.4%。在此基础上增加有机肥施用（处理3），根区土壤交换态含量及非根区土壤的水溶性锰含量显著降低，处理3根区土壤交换性锰含量（0.26 mg/kg）仅为处理2的25.7%（表4）。

2.2 施肥对甘蔗幼苗黄化和锰含量的影响

2.2.1 施肥对甘蔗幼苗叶绿素含量和黄化的影响 施肥处理后72、90 d甘蔗处于幼苗期和分蘖初期。石灰及其与有机肥、硅肥的配合施用均显著提高幼叶叶绿素含量（图1）。施用石灰（处理2）72、90 d后，叶片分别达到1.58、1.59 mg/g，是对照处理的3.52、2.26倍。在施用石灰的基础上，施用有机肥（处理3）90 d后叶片叶绿素含量进一步增加，达到1.97 mg/g，较处理2高23.9%。然而，在处理3的基础上施用硅肥对叶绿素含量的影响不显著。

供试地甘蔗存在严重的黄化问题，黄化率达76.0 %。施肥后甘蔗幼苗的黄化率显著降低（图2）。处理2、3、4黄化率仅为47.3%、46.9%、34.0%，分别比对照（处理1）少37.8%、37.3%、55.3%。各施肥处理间幼苗黄化率的差异不显著。

说明：不同小写字母表示处理间差异显著（p<0.05）。下同。

Note： Different small letters meant significant difference among treatments at 0.05 level. The same as below.

2.2.2 肥料对甘蔗叶片锰含量的影响 供试地幼苗锰含量较高，达到887.53 mg/kg（图3-A）。虽然随着生长期的延后，植株锰含量有所降低，在分蘖期成熟叶片锰含量也在500 mg/kg以上，施肥处理后，叶片的锰含量显著下降（图3-D）。处理72 d后，处理2～4的锰含量分别减少至对照的87.2%、70.6%、69.6%（图3-A）。处理90 d后，施肥对叶片锰含量的影响趋势相似。

不同处理对植株锰含量的影响不同。施用石灰的基础上施用有机肥，叶片锰含量显著降低（图3）。然而，在施用石灰和有机肥的基础上施用硅肥对叶片锰含量的影响不显著。施肥5个月后（图3-D），施肥依然显著影响叶片锰含量，成熟叶锰含量降至对照的71.9%、53.6%、34.0%（图3-C～D）。

3 讨论

3.1 土壤施肥是防治甘蔗幼苗黄化的有效途径

宿根蔗幼苗黄化是严重限制中国南方地区甘蔗生产的植物营养问题，而过多的锰是导致宿根蔗幼苗黄化的关键[5，13-14]。在本研究中，我们发现宿根蔗幼叶中锰含量达到887.53 mg/kg，远远高于植物发生锰毒害的临界值[3]。黄化植株的叶绿素含量很低，仅仅在0.45～0.70 mg/g水平。然而，宿根蔗萌芽前施用石灰后，甘蔗的锰含量和幼苗黄化率显著减少而叶片叶绿素含量显著增加。周海燕[15]研究也发现，石灰的施用能减轻花生的锰毒害。这些结果说明，石灰的施用是防治植物锰毒、抑制甘蔗幼苗黄化的有效技术措施。

在石灰施用的基础上施用有机肥，能提高根区pH值、降低叶片锰含量、增加甘蔗黄化叶片的叶绿素含量。可见，石灰施用的基础上增施有机肥也是防治甘蔗幼苗黄化的有效技术措施。在石灰、有机肥施用的基础上增加偏硅酸钠的施用，与前两种施肥处理相比对甘蔗幼苗黄化、叶片叶绿素含量的影响并不显著。此结果与硅能通过抑制水稻锰向地上部的运输和地上部的积累[16]、抑制盆栽土壤锰毒[17]的报道不一致，其原因可能是与供试土壤有效硅含量较高、硅肥的用量较低及观测时间过早等有关。本研究在“新台糖22”中开展，尚未在其他甘蔗品种上验证，并且未能完全消除该品种的黄化苗现象，只是阐明了部分克服甘蔗幼苗黄化原因，其他问题有待于进一步探讨。

本课题组前期的研究也发现，叶面喷施铁肥是解决甘蔗幼苗黄化的有效途径[7]。培养液中氮素、铁素营养管理有利于克服甘蔗的锰毒[6，18]。在本研究中，我们首次报告了土壤施用石灰及有机肥是克服甘蔗幼苗黄化的有效措施。

3.2 石灰和有机肥施用抑制甘蔗幼苗黄化的机制

活性锰是表征土壤中锰的生物有效性的重要指标[19]。本研究中，土壤中活性锰含量高达45.23 mg/kg。土壤锰活性受土壤pH值、Eh值、湿度、有机质和土壤通气状况等理化性质的影响，而pH是影响土壤锰活性的主要因素[20]。本研究发现，石灰的施用显著增加土壤pH值，而减少土壤活性锰含量。这些结果也与敖俊华等[21]研究相似，石灰施用量与土壤pH值呈显著正相关，而与锰的有效性呈显著负相关。Hell等[22]也报道，施用碳酸钙减轻了红壤、棕红壤和黄褐土的锰毒。

土壤中锰包括铁锰氧化态、碳酸盐结合态、水溶性、交换性、有机结合态锰等形态，施用石灰后使水溶性、交换性、有机结合态锰含量显著降低而铁锰氧化态、碳酸盐结合态显著增加，说明石灰的施用后水溶性、交换性锰组分的减少导致了土壤活性锰水平的下降。Alexander等[23]的研究也发现，石灰的施用有利于交换态锰向碳酸钙结合态锰转化，从而钝化了土壤有效态锰，减轻由交换态锰引起的毒害作用。

在施用石灰的基础上施用有机肥，根区土壤及非根区土壤的水溶性、交换性形态锰含量显著减少，说明有机肥施用后甘蔗黄化的减少与土壤中水溶性、交换性锰水平下降有关。有机肥抑制土壤锰有效性可能是腐殖质结合态锰的形成、土壤中的形态改变、提高pH值[24]的结果。

石灰及其与有机肥配合施用对根区和非根区土壤pH值、锰形态及有效性的影响的趋势相似，但施肥对根区的影响小于非根区土，这可能与根系分泌物有关。

综上所述，石灰及其与有機肥配合施用能够提高土壤pH值，改变土壤中锰形态，促使土壤中水溶态、交换态锰含量向碳酸盐结合态和铁锰氧化态进行转化，降低毒害，是防控锰引起的甘蔗幼苗黄化有效的有效措施。

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