论文内容
研究背景：
巴西是全球主要的甘蔗生产国，在2009/10生长季，750万公顷的甘蔗总产量约为6.05亿吨)。在巴西各州中，圣保罗州占全国总面积的50%，是甘蔗产量最高的州。收获的甘蔗主要用于生产糖和乙醇，2008年创造了110亿美元和130万个就业机会。甘蔗不仅是一种重要的经济和社会作物，而且是一种可再生的清洁能源。甘蔗可以在许多类型的土壤和气候中种植，但它容易受到可能导致产量损失的叶片病原体的影响。褐色锈病是由黑头锈病引起的，褐色锈病被认为是最重要的甘蔗病害之一，因为它具有广泛的地理分布，并可导致易感品种的产量损失高达50% 。
1986年，巴西圣保罗州首次报告了甘蔗褐锈病，此后该疾病已蔓延至该国所有主要甘蔗产区。管理这种疾病最有用的工具是利用育种计划中开发的抗性品种。然而，在美国已经观察到品种反应从抗性到敏感性的转变。在巴西，一些耐药基因型也观察到褐锈病发病率和/或严重程度的增加。甘蔗抗性的这些变化表明，农民需要能够迅速改变他们的甘蔗品种;然而，这是不可能的，因为多年的作物周期和需要健康的繁殖材料。因此，研究甘蔗褐锈病的防治策略是十分必要的。
研究内容：
材料与方法：
在皮拉西卡巴的一个试验农场的开放甘蔗区进行了一项为期三年的盆栽甘蔗试验(聚乙烯水箱，100 L)。巴西，2008年1月至2010年10月。选择甘蔗品种IAC 87 3396是因为它对褐锈病的中等耐受性，并且在各种土壤类型中生长强劲。
试验采用随机完全区组设计，共4个重复。因子包括4种含硅率(0，185，370和555 kg ha-1 Si)和3种土壤类型(石英，RQ，6%粘土;Rhodic Hapludox, LV, 22%粘土;Rhodic Acrudox, LVdf, 68%粘土)。土壤质地的差异提供了不同的可溶性硅浓度，其中RQ, LV和LVdf土壤类型在0.5 mol L-1乙酸提取中分别显示出1,8和10 mg kg-1Si，以及在0.01 mol L-1CaCl2提取中分别显示出0.9,4.9和5.7 mg kg-1Si。硅肥为钙镁硅酸盐，含10.8g kg-1Si, 262g kg-1Ca和56.8 g kg-1Mg。调整所有的实验单元，使其接受相同数量的Ca和Mg，根据需要施用石灰(343 g kg-1Ca和96 g kg-1Mg)和/或MgCl2 (11.9% Mg)。
从原生植被区收集土壤，风干7天，通过5mm筛网筛选，然后用于填充花盆。处理材料(硅酸盐、石灰和/或MgCl2)施用于上部20 mm，土壤在塑料袋内手动均匀化。施硅于2007年12月2日进行，盆栽在没有植物的情况下孵育约6周，以使土壤发生化学反应。
移栽是由从商业区田间采集的秸秆上剪下的单芽集生产的。甘蔗苗于2007年12月2日在装有砂土的塑料盆中种植。2008年1月14日，每盆移栽2株IAC 87 3396，株高100 ~ 150mm。在0.15 m深度安装张力计，保持土壤水分接近田间容量。每种土壤类型在湿度低于田间容量时进行人工灌溉。
土壤的施肥量相当于180 kg ha-1P2O5作为单一过磷酸钙，30 kg ha-1 N作为硫酸铵，100 kg ha-1 K2O作为氯化钾。在移栽后30天，按30 kg ha-1 N和100 kg ha-1K2O进行地表施肥。在2008年11月26日从盆栽中收获甘蔗后，实验在同一地点的相同盆栽中继续进行了2年。这个时间框架包括2009年10月收获第一季和2010年10月收获第二季。根据Raij等人(1997)的意见，对再生甘蔗进行了氮肥和钾肥施肥。
叶片样品(顶部可见垂叶- tvd)在植株甘蔗、第一代和第二代发芽后4个月和8个月采集。叶片的Si含量是通过200 mm的叶片切片减去叶片中部的中脉来测定的。为了评估褐锈病的发病率，我们计算了至少有一个脓疱的叶片的数量。这包括看得见的最上面的垂叶，以及它上面和下面的所有叶子。然后用染病叶片数除以总叶片数再乘以100计算褐锈病的发病率百分比。从首次出现症状到疾病进展稳定，每周评估一次褐锈病的发病率。没有评估疾病的严重程度，因为在评估期间，第一个评估的叶子已经衰老，在旱季，甚至年轻的叶子也会坏死。在这些条件下，不可能计算疾病严重程度的累积曲线。
甘蔗病害评估是在2008年3月至6月间进行的，第一次评估是在2009年3月至5月间进行的，第二次评估是在2010年1月至3月间进行的。在这些评估期间记录的最高和最低温度分别为:植物甘蔗27.2℃和14.3℃，第一再生根32℃和16℃，第二再生根21℃和12℃。
在收获甘蔗(11/26/08)、第一个生长期(10/ 27/09)和第二个生长期(10/04/10)后，通过0.5 mol L-1醋酸和0.01 mol L-1CaCl2的萃取，分析盆栽土壤样品的可溶性硅浓度。建立了一个线性回归(使用y=a+ b*x模型)来将硅的施用量与提取的可溶性硅浓度联系起来，并使用t检验比较线性回归曲线中的角系数(b)。采用方差分析比较土壤和叶片硅含量，采用SAS (Statistical analysis System)程序进行线性回归分析，分析硅酸盐施用量对土壤硅含量的影响。
实验结果：
硅酸盐施肥使各土壤类型的提取硅含量呈线性增加。线性回归的参数和决定系数列在表1中，乙酸和CaCl2溶液提取的Si浓度如图1所示(A, B)，图1(C, D)为植物甘蔗，图1(C, D)为第一个再生元素，图1(E, F)为第二个再生元素。线性回归中以“b”参数表示的Si提取量增幅最大(图1，表1和表2)的是石英(Quartzipsamment, RQ)，其次是甘蔗和第一个再生植物中的Rhodic Hapludox (LV)和Rhodic Acrudox (LVdf)。
在所有三种土壤类型中，硅酸施用量与乙酸提取的硅浓度之间的线性回归对甘蔗和第一种土壤类型都是显著的(图1A, C)。对于第二种土壤类型，回归方程仅对RQ和LV土壤类型有显著意义(图1E)。除甘蔗外，CaCl2提取的硅含量与硅酸盐施用量之间存在显著的回归关系。在第一个生长期，低密度土壤和低密度土壤在第二个生长期没有明显的影响。由于施用相同的养分，叶片营养状况无显著差异。在4个月和8个月收集的tvd叶片中，硅酸盐施用量导致Si浓度增加(图2，表3)。在LV和LVdf土壤类型中，使用555 kg kg-1Si处理的地块的叶片浓度超过了Anderson和Bowen(1992)提出的10 g kg-1Si的临界水平，除了甘蔗。在甘蔗生长的所有三个阶段(图2A, C, E)和第二个再生期(图2F)，在第4个月收集的叶片中，硅酸盐施用量导致了不同的硅吸收水平。由于土壤类型对这些数据没有影响，根据F检验将它们分组进行回归分析。
与Gompertz和logistic模型(数据未显示)相比，单分子模型显示出与疾病进展曲线的最佳拟合。硅酸盐施用量对植物甘蔗和第二种土壤的褐锈发生率都有影响，不同土壤类型之间存在差异(表4)。根据单分子模型的b1参数估计，对于植物甘蔗，施用硅降低了最大锈发生率。在评估期结束时，发现RQ、LV和LVdf土壤的最大锈病发生率分别为29%、41%和47%(表4)。对于初始可溶性Si浓度较低的RQ土壤，在185、370和555 kg ha-1Si处理下，b1值分别比对照降低了20%、20%和59%。在可溶性硅浓度较高的土壤(LV和LVdf)中，最大褐锈发生率仅在两个最高的Si施用量(370和555 kg ha-1Si)下降低(表4)。对于第二个试验，在LVdf土壤中施用Si (555 kg ha-1Si)，褐锈发生率仅降低(比对照处理b1值降低14%)(表4)。
通过甘蔗和第二根的单分子模型(b1)的最大渐近线的平均值计算，观察到8个月时tvd叶片上最终褐锈发生率的显著降低是所有三种土壤类型叶片中Si含量的函数(图3A, C和E)。RQ和LV土壤(角系数:-0.031)比LVdf土壤(角系数:-0.022)的降低幅度更大。只有在RQ土壤中，AUDPC与叶片中Si含量的关系显著(角系数:-2.463，图3B)。
研究结论：
本试验结果表明，土壤中可溶性硅浓度随硅酸盐施肥的增加而增加，这相应地导致甘蔗叶片对硅的吸收增加。另外，施用硅酸盐能降低甘蔗和次生代褐锈的发病率。所观察到的硅酸盐肥料的响应随土壤类型的不同而变化(表4)。这些结果证实，硅改良剂可能是甘蔗种植中管理褐锈的有用工具。
转自：“农科学术圈”微信公众号
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