桑园土壤铁素状况及桑树铁营养研究进展

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  摘要综述了铁在桑园土壤中的含量状况、影响铁有效性的因素及桑树缺铁的症状、引起桑树缺铁的原因和综合防治措施,提出了今后对桑园土壤和桑树铁营养研究的方向。
  关键词桑园土壤;铁素状况;桑树;铁营养;研究进展
  中图分类号S888.5文献标识码A文章编号 1007-5739(2009)21-0230-02
  
  桑蚕产业是我国具有悠久历史的传统种养殖业,遍布全国26个省区的1 000多个县,2007年全国共有桑园面积96.066万公顷,生产蚕茧79.27万吨[1]。但随着桑蚕业的发展,在种桑养蚕过程中出现的技术难题开始逐渐显现出来,近年来出现的桑叶缺铁失绿黄化病就是一种严重影响桑树生产的技术难题,它严重制约了桑蚕业的健康发展。综述了桑园土壤和桑树的铁营养研究进展,旨在为有效防治和矫正桑树的缺铁失绿提供科学指导。
  
  1桑园土壤铁素状况
  
  1.1桑园土壤铁含量状况
  土壤中铁的绝对含量很高,但土壤总铁含量不代表对植物的供给量,因受多种因素影响,土壤中有效铁的含量一般不高。鲁剑巍等[2]研究了湖北省桑园土壤有效铁含量,发现其范围为1.1~140.0mg/kg,平均35.4mg/kg,但远安和南漳桑园土壤普遍缺铁,缺乏比例分别达82.4%和91.6%;徐津红等[3]调查了山东省惠民县发病桑园土壤有效铁的含量,范围为2.7~4.0mg/kg,不及适宜水平的1/2;陆瑞好等[4]研究了广西隆安县发病桑园土壤有效铁含量,发现重度黄化病桑的土壤为6.21~11.60mg/kg,轻度黄化病桑的土壤为13.7~19.3mg/kg,正常桑的土壤为22.4mg/kg以上;陈桂芬等[5]分析了广西石灰性桑园土壤的有效铁含量,发现正常桑园的土壤为14.57~81.03mg/kg,平均30.93mg/kg,而黄化病桑园土壤为8.16~13.58mg/kg,平均10.97mg/kg;王波等[6]分析了江苏盐城地区有效铁含量,平均仅为0.85mg/kg,远低于7.0 mg/kg的临界值。说明土壤有效铁含量与桑树发生黄化病的病情有密切的关系。
  
  1.2影响土壤铁素有效性的因素
  1.2.1土壤pH值。土壤pH值是影响铁有效性的一个重要因素,有效铁与pH值之间存在着负相关,pH值越高,铁的溶解度越小,有效铁的含量就越低。黄秋掸等[7]研究发现土壤pH值对土壤溶液中铁的浓度影响很大,pH值每升高1个单位,Fe2 活性就会降低1 000倍,当pH值大于7.5时,Fe3 的溶解度降低到1.0×10-20 moL/L以下。鲁剑巍等[8]认为在pH值高的桑园土壤有效铁含量一般较低。因此,出现缺铁症状的土壤多为碱性和石灰性土壤。
  1.2.2重碳酸盐(HCO3-)。土壤或灌溉水中重碳酸盐(HCO3- )的高浓度是诱导植物失绿的重要原因[9]。主要原因可能是高浓度HCO3- 会降低铁的吸收,使叶片中活性铁的含量降低;影响铁和其他矿质元素的运输,抑制细胞色素氧化酶的活性;使植物组织碱化,引起植物体内铁的固定,使铁从质外体向幼嫩组织的运输受阻,从而降低植物体内铁的有效性;影响铁与螯合剂的结合使铁的可给性降低;抑制根系生长,降低细胞分裂素向地上部的运输速度,而细胞分裂素对叶绿体发育是必不可少的[10]。高浓度重碳酸盐诱发缺铁失绿症不是由于土壤铁绝对含量低,也不是由于有效铁含量太低,而是生理性失调。孙希海等[11]分析石灰性土壤上缺铁失绿桑树的叶片中的铁含量后,发现绿叶与黄化叶中全铁的浓度并无差异,甚至后者比前者还高。
  1.2.3土壤有机质。土壤的有效铁含量与有机质含量有关。在土壤中加入有机质能促使铁的还原,使各种形态的亚铁化合物含量增加,这主要是由于降低了Eh值和pH值。王波[12]认为在石灰性土壤中,代换态铁、可提取态铁和游离铁的含量都与有机质含量呈正相关;在非石灰性土壤中则不一定是这样,二者间的相关性达不到显著水平。张凌云等[13]认为酸性土壤中缺乏有机质可能是引起缺铁的一个原因,但在石灰性土壤中重施有机肥往往在有机质分解时产生失绿现象,可能是有机质的螯合作用影响了铁的利用,也可能是有机质分解导致了重碳酸盐增加所引起的。
  1.2.4土壤全铁量。土壤缺铁往往是由于土壤中全铁量过低造成的。酸性土壤和砂质土壤含铁量较低,可能造成有效铁的缺乏[13],影响有效铁的供应。热带砖红壤等一些全铁含量较高的土壤上出现缺铁失绿则是由于铁的有效性低,大部分以难溶态存在,难以被植物吸收利用。
  1.2.5元素之间的相互影响。土壤中各元素之间存在着生理上的拮抗或促进关系。锰能严重拮抗铁的生理生化功能[14],因为锰的氧化势能比铁高,当锰铁比例失当,锰含量过高时,导致铁的有效性下降[15];钙离子对铁吸收有拮抗作用[6];高磷是诱发失绿的一个主要因子,因为磷酸根可以和铁形成沉淀;在有效铁含量非常低而铜、锌等元素有效性较高的土壤上,可能会导致缺铁[13]。
  1.2.6土壤含水量与通气状况。在土壤含水量过高或通气不良的条件下,土壤中氧的供应不足,还原性增强,Eh值下降,达到一定水平后,Fe3 被还原为Fe2 ,增加土壤中植物可利用的可溶性铁,改善铁的营养。在高地或排水过好的土壤中,由于还原条件不足,Fe2 减少,就有出现缺铁症状的可能。但是在石灰性土壤中,含水量过高或通气不良,容易出现缺铁症状,而在土壤转为干燥后则能克服,其原因是否与产生重碳酸盐有关,还有待研究[13]。
  
  2桑树铁营养
  
  2.1桑树缺铁的症状
  桑树缺铁,轻症者其叶片的叶色变淡失绿,叶脉间呈黄绿色,但叶脉仍为绿色;重症者,整株黄化失绿,叶片的叶脉呈黄绿色、叶脉间黄白色或全部呈黄白色,叶片细小、较薄,植株矮小、长势弱化,有的叶片有枯焦斑,容易脱落,须根较少,夏伐后发条数少,枝条短而细,树势明显劣于正常植株,特别严重时会引起植株叶片枯落[12,16,17]。造成桑树缺铁的原因很多,而且往往是多因素综合起作用。
  
  2.2引起桑树缺铁的原因
  2.2.1土壤因素。土壤中有效鐵含量低和HCO3-含量高是引发桑树缺铁失绿症的主要原因。缺铁的土壤并非单纯性缺铁,往往在缺铁的同时还缺乏锌、铜、锰等微量元素,只是在多种元素缺乏而同时又缺乏铁时,缺铁表现占优势。HCO3-在植物体内可使铁成为不活跃态或降低铁的吸收。在HCO3-影响下磷的溶解度增大,磷与铁形成磷酸铁而沉淀[17]。
  2.2.2 生理因素。桑树缺铁黄化症的发生与桑树的生理因素有关[11]。如施用抑制根系生长的除草剂及植物激素ABA、乙烯等都可诱发缺铁;病毒、线虫或其他生物导致的根损伤均可诱发缺铁;磷在桑树体内也会影响桑树铁素代谢和利用,铁与磷共沉淀于叶脉—叶肉结合组织,使铁不能参加代谢活动。锰铁平衡的严重失调,引起生理性缺铁,因而出现失绿黄化症[18]。
  2.2.3桑树品种因素。植物不同的基因型对缺铁的反应各不相同[7]。王波[12]认为桑树对低铁胁迫的忍耐能力是受遗传基因控制的,一些抗或耐缺铁失绿的品种在缺铁时会产生许多“铁逆境反应”(如根系分泌H 、还原物质等)以提高根际铁的有效性,使缺铁胁迫得以缓和。因此,在生产上表现为在低铁胁迫下有的桑树品种表现出缺铁失绿症状,有的没有表现出缺铁失绿症状。
  2.2.4栽培管理。夏伐、夏肥推迟是诱发桑树缺铁失绿症的重要原因[17]。徐津红等[3]发现桑园缺乏有机肥及偏施化肥会诱发缺铁;在土壤中大量施用石灰和磷肥会诱发缺铁;桑树体内钾营养不足时也会影响对铁的利用,引起缺铁。春季浇水或多雨时能促发缺铁。
  
  2.3桑树缺铁黄化的综合防治
  缺铁是很难矫正的营养失调症,在生产上可以因地制宜,采取标本兼治的对策来矫正植物缺铁失绿症。
  2.3.1改良环境。排水降渍、改良土壤通气状况,改善桑根呼吸条件,增强根系吸收力,能减轻黄化症状。
  2.3.2施用铁肥。土壤施用无机铁肥很难矫正桑树缺铁黄化,因为施用到土壤中的铁化合物很快会转化为植物难利用的形态,因此土壤施用铁肥的效果往往有限。施用鳌合铁效果较好,但价格高。最有效最快速地矫正桑树缺铁的方法该首推叶面喷施铁肥,以柠檬酸铁-硫酸亚铁最好,氨基酸铁、EDTA-Fe次之[12]。黄化病桑园施混有10%硫酸亚铁的泥炭粉7.5~15.0t/hm2,也可使桑树迅速转绿[4]。
  2.3.3选用耐低铁的桑树品种。不同的桑树品种对低铁胁迫的忍耐能力是不同的,在生产中应尽量选用耐低铁能力强的桑树品种,亦可以通过基因整合,选育出适合当地土壤条件的桑树新品种。或者将铁高效型和铁低效型植物进行轮作、间作或套作,以提高土壤铁的有效性[19]。
  2.3.4科学管理桑园。增施有机肥,改良土壤结构,是治理缺铁黄化失绿的一项重要措施。对容易发生缺铁黄化的桑园加强科学管理,经常进行土壤养分和桑树营养状况的监测,按土壤养分丰缺状况,进行配方施肥,做到平衡施肥和适期施肥。合理控制磷肥、锌肥、铜肥、锰肥及石灰质肥料的用量,以避免这些营养元素过量对铁吸收的拮抗作用。
  
  3研究展望
  
  桑园土壤及桑树的铁素营养研究已经取得了长足的进展,但仍然存在许多问题,有待进一步研究。为了提高桑树对铁的利用和再利用效率、解决缺铁黄化,今后还应加强根际土壤中铁的动态变化研究,摸清影响根际土壤中铁活化的各种环境因素;铁的可给性研究;抗铁胁迫基因型品种的筛选;生长调节物质及其他农业技术措施对桑树铁利用和再利用效率的影响和桑树体内铁再利用机理的研究;研究和开发肥效高且持久及经济合理的铁元素肥料。只有将植物营养学、土壤学和农业化学结合起来,才能探明桑树缺铁失绿的机理和诱因,为有效防治和矫正桑树的缺铁失绿提供科学指导。
  
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