土壤锰与苹果粗皮病发生关系的研究进展

2016-05-14魏彬萌韩霁昌王欢元

现代农业科技 2016年7期

魏彬萌　韩霁昌　王欢元

摘要锰是植物生长过程中不可缺少的微量元素，通过查阅相关文献，介绍了土壤中锰的形态、影响黄土高原区土壤锰的因子以及锰与果树粗皮病的关系，并对锰毒的矫正措施进行了叙述，以期为研究黄土高原地区土壤锰与植物锰提供依据。

关键词土壤锰；苹果粗皮病；锰毒；研究进展；黄土高原区

中图分类号 S154.4；S436.611.1+9 文献标识码 A 文章编号 1007-5739（2016）07-0137-03

Abstract Manganese is an essential trace element in plant growth.Through consulting relevant literature，the morphology of manganese in soil，the influence factors of soil manganese in the Loess Plateau and its relationship with internal bark necrosis of apple trees were introduced，and prevention and control measures of manganese poisoning were elaborated，so as to provide the basis for studying soil and manganese in plant in the Loess Plateau.

Key words soil manganese；internal bark necrosis of apple trees；manganese poisoning；research progress；Loess Plateau

锰是植物光合作用中不可缺少的元素，是多种酶的组分与活化剂，并对植物体内糖分的累积和转化起重要作用，因此锰肥对许多农作物都有良好的增产效果[1]。早在20世纪60年代初，田间试验已证明黄土地区施锰对小麦有增产作用，近年来又进一步确认施用锰肥对玉米、谷子、豌豆、甜菜、烟草等都有良好的肥效[2]。魏孝荣等[3]研究发现，施用锰肥能有效降低夏玉米光合作用的气孔限制和非气孔限制，显著提高了夏玉米的光合能力，而且锰肥对夏玉米光合作用的影响在土壤干旱时尤为显著，可使玉米叶片细胞间隙CO2浓度、光合速率和水分利用效率分别增加58.11%、42.07%和50.00%，从而减轻了土壤干旱对玉米光合作用的抑制。高柳青等[4]发现，对于高pH值、固锰能力较强、释放养分能力较弱的土壤，施锰肥能促进作物对养分的活化与吸收。宋凤斌等[5]也发现在土壤pH值较高（>7.5）而含锰量又较低的地区（<350 mg/kg），施用锰肥可以促进玉米地上部生长发育和根系发达，并在一定范围内提高了玉米产量。

地壳中锰的平均含量为1 000 mg/kg，几乎所有的岩石中都含有锰，通过风化作用，锰从原生矿物中释放出来，与O2、CO32-和SiO2结合，形成MnO2、Mn3O4、MnOOH、MnCO3和MnSiO3等次生矿物。在酸性土壤条件（pH值<5.5）下，这些次生含锰矿物得以溶解进入土壤溶液[6]。一般酸性土壤中以二价的代换态锰居多，中性土壤三价锰居多，四价锰则主要存在于碱性土壤中，故而缺锰多发生在pH值 6.5以上的土壤中。因此，锰在我国南方酸性土壤和北方石灰性土壤上表现出2种不同的情况，酸性土壤一般富含锰且有效态锰亦多，而石灰性土壤中锰的含量和可给性都比较低，对植物有效态的锰很少或很缺乏。一般缺锰主要发生在我国北方的石灰性土壤上，尤其是有机质缺乏、通透性良好、质地轻的土壤，而红壤及红壤性水稻土等酸性土壤中锰的供应则是充足的[7]。

1 土壤中锰的形态

土壤中锰的总量仅代表土壤向作物供给锰的潜在能力，只有有效态锰才能被当季作物直接吸收利用，可作为评价对植物有效态锰的指标。土壤中的有效锰可分为水溶态、易还原态和代换态，三者之和称为活性锰[8-9]。从植物营养的角度虽然可将土壤中的锰分为3种形态，即无效锰（不易被作物吸收利用的四价锰）、缓效锰（主要为三价锰的氧化物，易于转化为二价锰）和速效锰（易被作物直接吸收利用的二价锰），但用试验手段却很难获得这些结果[10]。一般用的方法是采用某种提取剂来提出某一形态的锰。魏孝荣等[11]把土壤中的锰依次分为交换态、松结有机态、碳酸盐结合态、氧化锰结合态、紧结有机态和矿物态6种形态。其测定方法[11]见表1。

其测定结果表明：土壤中各形态锰的含量大致呈矿物态>碳酸盐态>氧化锰态>紧结有机态>松结有机态>交换态。施入土壤的锰肥有91.1%～98.6%进入碳酸盐结合态、氧化锰结合态、紧结有机态和矿物态。交换态和松结有机态锰对土壤锰的有效性起着主要作用，可以反映土壤锰的供给状况，碳酸盐态和紧结有机态锰不能反映土壤锰的有效性。

2 影响黄土高原区土壤锰含量分布的因子

影响土壤锰含量的因素很多，土壤全锰含量与土壤母质属性及颗粒组成有密切关系。而高价锰（氧化态）和低价锰（还原态）的转化主要与土壤的pH值、Eh有关。同时有机质、碳酸钙含量以及温度、湿度均可以影响土壤锰的活化。

2.1 土壤母质

母质中黏粒（<0.005 mm）含量越高，质地越细，全锰和活性锰含量越高，且其与土壤全锰和活性锰含量之间呈一定的正相关关系。黄土区土壤发育自第四纪的黄土母质，由于黄土风成的历史过程，其颗粒组成由北到南有较大的差异，总趋势是由西北向东南逐渐变细。这一趋势也明显反映在土壤中锰的含量上，随着母质质地由粗变细，土壤锰的含量（特别是全锰）也由少增多[2]。

2.2 土壤有机质

有机质与土壤全锰含量呈正相关关系，且其能够促使锰的还原，增加土壤活性锰的含量。彭琳等[2]研究发现，土壤有机质含量和活性锰含量之间呈显著的正相关关系，尤其和代换态锰关系最为密切（表2）。一般耕作层土壤有机质含量高，故代换态锰在耕层较高，下层较低。

2.3 土壤碳酸钙和pH值

彭琳等[2]对黄土地区20个主要剖面的115个标本（层次）中锰含量分析发现，土壤CaCO3含量和pH值与活性锰含量之间呈极显著的负相关关系，即随着CaCO3和pH值的增高，土壤活性锰含量显著降低（表2）。

2.4 土壤氧化还原电位

氧化还原电位是影响土壤锰活性的主要因子之一。土壤通透性越好，越有利于锰的氧化，锰多呈高价氧化物存在。而排水不良，通透性差的土壤越利于锰的还原，导致土壤代换态锰增多。

2.5 全锰与活性锰的关系

由表2可以看出，土壤全锰与活性锰呈极显著的正相关关系，可能是因为二者都受母质颗粒组成的影响[2]。

2.6 土壤水热状况

温度越高，越有利于锰的活化，而冷湿条件易使土壤锰的活性降低。由于上述各因素的影响，活性锰在黄土高原区土壤剖面中形成了各种不同分布型式。塿土黏化层的CaCO3被淋洗而黏粒积聚较多，土壤活性锰增高，其下的钙积层CaCO3可高达16%以上，活性锰急剧下降，再往下的母质层，活性锰又回升，形成了“上下高，中间低”的分布型式。灰钙土地区雨量少，淋溶强度弱，CaCO3积聚在上层，故下层活性锰高于上层，形成“上低下高”的分布型式。灌淤土由于灌溉水的补充和携走，CaCO3和活性锰分布比较均匀，形成“上下一致”的分布型式[2]。黑垆土中的有机质和黏粒含量较高，CaCO3含量较低，pH值也略低，而且其形成环境比较湿润[12-13]，一般该层土壤有效锰含量也相对较高。

3 锰与苹果粗皮病

苹果粗皮病最早在日本、美国等地发生，美国称内部坏死病，日本叫粗皮病。一般于当年雨季（7—8月）之后形成，秋季病情逐渐加重，重病树可造成死枝、死树，至土壤封冻后暂缓发。翌春轻病树发芽比正常树晚，花芽少，开花晚，叶片小，新梢细短，重病树甚至不抽新梢，但病情比上年冬季有所减轻。第2年雨季之后，树体病情继续加重。随着枝龄的增长，病皮表面逐渐凹陷、纵裂，形成典型的粗皮症状[14]。

国内外对苹果粗皮病的研究已有90年的历史，大部分学者认为苹果粗皮病的发病原因不是细菌和病毒所致，而是树体过量吸收锰造成的生理病害[15-16]。叶优良等[17]对胶东半岛部分发生苹果粗皮病的果园土壤和植株进行了分析测定，结果表明：发生苹果粗皮病的果园土壤有效锰含量较高，而且粗皮病严重的果园高于病情较轻的果园，4—10月苹果树粗皮病有逐渐加重的趋势。对树体不同部位锰含量测定发现，叶片中锰含量最高，其次是韧皮部，木质部最低。另外，该作者对胶东半岛的果园调查后发现，金冠和国光发病比较轻，红富士和新红星发病较严重。徐圣友等[18]研究发现，局部锰的过量累积是粗皮病发生的直接原因，同时还发现苹果粗皮病的发生与树体内氧化还原活性有关，抗性品种的还原能力低于易感品种，而氧化能力较高，使得进入树体内的锰被钝化（Mn4+），减轻了粗皮病的发生[19]。Horst等[20]发现，对锰敏感的植物品种叶片中的锰呈局布累积状态，而耐锰能力强的品种叶片中的锰分布十分均匀。还有学者认为，果树粗皮病可能与土壤缺硼、缺钙有关，果树粗皮病的发生是多锰或缺硼或是多锰和缺硼共同影响，抑或是多锰、缺钙、缺硼等因素共同引起的其他因子的作用，还需要进一步研究。此外，人们已经发现不同苹果品种感染粗皮病的情况不同，但对不同品种吸收养分的差异还缺乏深入了解。而且，目前就国内外的研究来看，对于果树粗皮病的研究多集中在土壤pH值为中性或偏酸性范围，对偏碱性的土壤还缺乏研究[14]。

4 锰毒的矫正措施

一般锰毒的产生多发生在我国南方的酸性土壤上，北方的石灰性土壤上一般很少发生。但尤其是渭北地区的黑垆土，由于其土体本身就含有一层黑垆土层，该层锰含量较高，如果该土层埋藏较浅，再加上土壤钙素的大量流失造成果树树体抗性的降低[21]，势必会造成果树粗皮病的发生。因此，了解锰毒的矫正与防治对于南北方果园的管理具有重要意义。一般常用的矫正措施有以下几种。

4.1 施用石灰类物质

该法是降低土壤酸度的主要手段，也是最普遍的方法。随着土壤pH值升高，土壤中交换态锰含量逐步降低，锰对植物的毒害也会随之减轻。

4.2 增施有机肥

有机肥可提高土壤有机质，改善土壤通透性，调节土壤中矿质养分间的平衡，减少Mn2+的累积，从而减轻病害的发生。

4.3 合理施肥

施肥不当会对土壤中锰的有效性产生影响，施用硫酸铵、氯化铵、磷酸铵、硫酸钾、氯化钾等可增加土壤中有效锰的含量，导致植物产生锰中毒；而缺磷或者缺铁、钙、镁条件下也易引起植物锰毒发生，因此可以通过土壤追施和叶面喷施适当增加这些元素的含量，以保持矿质养分间的平衡，减少树体对锰的吸收，进而减轻锰过多造成的危害。

4.4 选择耐锰品种

选择和培育耐锰基因型的作物品种也是减缓锰中毒的重要措施。泌酸能力是根系在单位时间内分泌的H+量，可反应根系活力和吸收离子的能力[19]。徐圣友等[18]发现，同是330 mg/kg锰处理的富士和乔娜金，富士的泌酸能力是1.31 C（H）/（mmol/h，FW），而乔娜金的泌酸能力只有0.19 C（H）/（mmol/h，FW）。

4.5 辅助性田间管理措施

对已患粗皮病的果园，通过控制结果量、加大冬季修剪力度等，尽量促进树体营养生长，加速树体恢复；有条件的情况下，进行果园覆草，改善土壤理化性状。另外，对于长期渍水的土壤，氧化还原电位低，通过排除渍水，改善土壤通透性，改良耕作制度等将有助于减轻或消除锰的毒害[22]。

5 参考文献

[1] 蔡妙珍，刘鹏，徐根娣，等.钼、锰营养对大豆碳氮代谢的影响[J].土壤学报，2008，45（1）：181-183.

[2] 彭琳，彭祥林，余存祖，等.黄土区土壤锰的含量及锰肥肥效[J].土壤通报，1981（6）：16-20.

[3] 魏孝荣，郝明德，邱莉萍.土壤干旱条件下锰肥对夏玉米光合特性的影响[J].植物营养与肥料学报，2004，10（3）：255-258.

[4] 高柳青，田长彦，胡明芳.锌、锰对棉花吸收氮、磷养分的影响及机理研究[J].作物学报，2000，26（6）：861-868.

[5] 宋凤斌，李永贵，李晓明.锰对玉米生长发育及产量影响的初步研究[J].吉林农业大学学报，1992（2）：85-87.

[6] 臧小平.土壤锰毒与植物锰的毒害[J].土壤通报，1999，30（3）：45-48.

[7] 刘铮，唐丽华，朱其清，等.我国主要土壤中微量元素的含量与分布初步总结[J].土壤学报，1978（2）：138-150.

[8] FINCK A.Principle and problems of the chemical estimations of the supply of available soil Manganese[J].Plant Soil，1960，13：39-46.

[9] LINDSAY W L，NORVELL W A.Development of a DTPA soil test for Zinc，Iron，manganeseand，Copper[J].Soil Sci.Soc.Am.，1978（42）：421-428.