上季甘蔗收获后，利用留在土壤中蔗蔸(头或桩)上的侧芽萌发破土生长成为新的植株，在适宜环境条件下经正常田间管理成为新一季甘蔗，称为宿根甘蔗。宿根甘蔗具有节省蔗种和劳动力、提早糖厂开榨时间、加快良种繁育等优点，因此被广泛应用在甘蔗生产中^[1-3]，其种植面积达甘蔗生产总面积的40%~60%。宿根甘蔗生产过程中随着宿根年限加长，其产量和品质逐渐下降，病虫害加剧，成为制约中国甘蔗产业发展的重要因素，是当前甘蔗生产面临的全国性难题，因此研究宿根甘蔗衰退机理，探索克服宿根甘蔗衰退的农艺栽培措施对我国甘蔗产业发展具有重要意义，本文从土壤营养失调、根系分泌物积累、病虫害发生、土壤微生物区系变化和宿根甘蔗衰退调控措施等方面，综述了宿根甘蔗衰退方面的最新研究进展，为推动我国甘蔗产业发展提供理论支持。

1 宿根甘蔗衰退机理 1.1 土壤理化性质变化 1.1.1 土壤物理性质变化

宿根甘蔗生产过程中肥料施用过量以及元素配比不均衡现象普遍存在^[4]，长期过量施用单一肥料，使得土壤pH值改变，影响甘蔗根系对土壤中营养元素的吸收利用，同时大量肥料的施用还会造成土壤板结、硬化，土壤板结会直接导致土壤单位体积密度增大，孔隙度减小，渗透速度下降，阻碍甘蔗根系水分吸收，最终影响甘蔗正常生长发育。有研究表明，与常规施肥相比，优化施肥，降低甘蔗氮肥和磷肥施用量，甘蔗产量增加35.9%~42.0%，氮、磷、钾肥料利用率分别提高6.1%、5.5%和13.3%^[5]。为降低劳动成本，提高工作效率，宿根甘蔗生产往往引入机械化作业模式，重机械的使用也加重了蔗田土壤板结，有研究表明，蔗田深耕能显著增加甘蔗蔗糖产量，其中深耕1 m较未深耕蔗田，甘蔗产糖量增加34%~50%，是缓解宿根甘蔗生产中土壤板结的主要措施之一^[6]。另外，随着蔗田使用年限增加，降水对蔗田土壤淋溶作用降低，土壤团粒结构遭到破坏，加速了蔗田土壤物理性质的恶化。

1.1.2 土壤营养元素失衡

适宜的蔗田土壤营养是甘蔗正常生长发育的基础，阳景阳等^[7]研究发现，土壤中全氮含量对甘蔗节长生长具有促进作用，同时甘蔗茎长和茎粗受土壤中全磷含量影响显著。宿根甘蔗生长发育过程中对土壤中固定营养元素长期进行吸收利用，容易造成蔗田土壤营养元素失衡，致使甘蔗体内各种养分比例失调而出现生理和功能障碍。有研究表明，宿根甘蔗黄化病严重与叶片中Fe、Ca、Mg等微量元素含量较低有关，叶面喷施适量浓度的Fe、Mg、B、Ca、K、Zn等微量元素能显著降低宿根甘蔗黄化病发生率^[8]。

1.2 土壤微环境和微生物区系变化 1.2.1 根际土壤微生物结构失衡、活性降低

土壤微生物种类和活性是土壤养分的重要指标之一，许多研究^[9-11]表明，随连作年限的增加，土壤由细菌型向真菌型转化，导致土壤地力逐渐衰退。周明明^[12]利用末端限制性酶切片段长度多态性分析(terminal restriction fragment length polymorphism, T-RFLP)法研究了不同种植模式下宿根甘蔗根际土壤细菌群落多样性，发现与间作大豆相比，宿根栽培会导致甘蔗根际土壤微生物中细菌与真菌比例降低。但是吴邦建^[13]研究发现，宿根甘蔗土壤与新植甘蔗土壤相比，具有生物固氮等有益菌生态学功能的细菌种群数量呈下降趋势，但具有代谢甲醇与降解纤维素功能的细菌种群数量有所上升，这说明不同连作年限以及作物本身对土壤根际微生物的影响比较复杂。作物长期连作会严重降低土壤微生物种类和活性，从而导致作物根际微生物群落结构失衡^[14-16]，而微生物多样性的降低以及结构失衡是导致植物根际土壤营养元素活性降低和微生物群落对外界抵抗力降低的重要原因^[17-19]。因此，维持作物根际土壤微生物群落结构稳定性，保持微生物活性是缓解和消除宿根甘蔗衰退的重要措施，也是维持蔗田土壤系统稳定性和可持续发展的重要保障^[20-21]。

1.2.2 化感自毒物质的积累

化感作用是通过土壤中化感物质积累来完成其功能的，化感物质来源主要包括淋溶挥发、种子萌发和植株降解、根系分泌物等。有研究表明，宿根甘蔗土壤中柠檬酸、香草酸、乙酸、草酸、阿魏酸等酚酸类物质明显高于新植甘蔗^[22]，土壤酚酸类物质能够直接降低蔗田土壤pH，影响根系对土壤中铁、锰等微量元素的吸收，是造成土壤肥力衰退的主要原因之一^[23-24]。酚酸类物质进入土壤后能够影响作物根系细胞膜透性，与新植甘蔗相比，宿根甘蔗细胞膜透性增大，黑根、病根数量增加，对土壤中营养物质的吸收率降低，另外酚酸类物质还能降低植物叶片叶绿素含量，减少植物光合产物，提高宿根甘蔗黄化病发病率^[25-26]。

1.2.3 病虫害加剧

宿根甘蔗种植为甘蔗根际土壤病虫害提供了良好的寄生和繁殖场所，宿根甘蔗黄化病发病率较新植甘蔗高20%~30%，严重影响了宿根甘蔗的产量和品质^[27]。宿根甘蔗苗期主要通过老根进行水分和养分吸收，随着幼苗不断生长，蔗蔸部分老根逐渐变为黑褐色，根皮脱落甚至腐烂死亡，直接影响营养元素的吸收，导致甘蔗黄化病发生^[28]。也有研究表明，宿根甘蔗栽培过程中土壤理化性质恶化，蔗区土壤锰铁元素失衡是导致黄化病严重的主要因素^[29]。宿根甘蔗长期连年种植，水旱轮作较少，害虫种群和数量不断累积，造成严重的虫害，其中以螟虫对甘蔗的危害尤为突出。螟虫具有一定的隐蔽性，其藏匿于宿根甘蔗蔗蔸内，不随当季甘蔗的砍收消失，在甘蔗生长发育过程中会枝叶枯黄，形成枯心苗，严重影响甘蔗正常生长，降低产量和品质^[30]。

2 抑制宿根甘蔗衰退的调控措施

宿根甘蔗衰退给我国甘蔗生产带来了严重损失，因此，研究宿根甘蔗衰退机理，不断探索缓解宿根甘蔗衰退的各种措施显得尤为重要。

2.1 配方施肥，改良土壤物理化学性质

传统甘蔗施肥技术存在较多弊端，蔗区土壤养分由于缺乏相应的分析测定，施肥方式随意，氮、磷、钾比例配方缺乏针对性和科学性，偏施、少施或重施某种营养元素，重施无机肥轻施有机肥现象严重。因此，应研究宿根甘蔗配方施肥技术，通过合理增加蔗田土壤养分，改善土壤理化性质和生物环境，进而影响蔗区土壤根系微生物活性、酶活性等，满足宿根甘蔗各个生育期养分需求，达到“缺什么补什么”，使甘蔗“吃饱吃好不浪费”^[31-34]。另外，有研究表明，施用无机肥过程中，适当施用有机肥，肥料中的腐殖酸、氨基酸等营养物质为甘蔗提供丰富营养物质的同时能显著改善甘蔗根际土壤的根系营养环境，从而提高肥料利用率。同时，积极研发适合宿根甘蔗需肥特点的专用肥料以及控释缓释肥也是解决宿根甘蔗土壤肥力衰退的重要途径。

2.2 选用合理的栽培措施和种植模式

选择宿根性好、高产稳产品种的前提下，加强甘蔗田间管理，采取适宜的栽培措施是获得甘蔗高产高糖的关键。有研究表明，前季甘蔗分蘖程度对下季甘蔗具有显著影响^[35]，因此保证上季甘蔗分蘖数量是宿根甘蔗高产的保障。另外，上季甘蔗收获后，及时破垄松蔸，对蔗芽萌发也能起到促进作用。宿根甘蔗进行地膜覆盖后，土壤含水量和土壤温度提高，甘蔗出苗率显著高于不覆盖的甘蔗^[36]，目前除草地膜、光降解地膜的不断研发也增加了地膜覆盖使用范围和适用性，是解决宿根甘蔗衰退的重要措施之一。

结合宿根甘蔗衰退机理，选择合适的种植模式，是解决蔗田土壤物理性质恶化，病虫害加剧等一系列问题的重要措施之一。研究表明，作物合理间套作对土壤理化性质、作物根际土壤微生物种类和结构，土壤酶活性等都能起到很好的调节作用^[37-38]。宿根甘蔗种植过程中间作玉米能够提高甘蔗根系对根际土壤中碳水化合物、氨基酸类、多聚物等营养元素的利用率，同时还能显著降低蔗田绵蚜以及瓢虫的虫口密度^[39-40]。另外，甘蔗-大豆套种，大豆固氮根瘤菌的固氮作用能够对蔗田土壤部分化学性质进行改良，从而显著提高蔗田土壤氮素利用率，同时甘蔗-大豆套种对蔗田土壤中磷、钾元素的全态和有效态也有一定的提高作用^[41-42]。

2.3 选用宿根性强的品种

宿根甘蔗栽培过程中，不断改进栽培措施，提高甘蔗产量和品质，增加甘蔗宿根年限是防止宿根甘蔗衰退的重要手段，但是要从根本上解决甘蔗宿根衰退问题，利用丰富的种植资源，采用亲本杂交、基因重组等改良方式选育强宿根性甘蔗品种，具有更加重要的意义。覃伟等^[43]利用12个新台糖系列甘蔗品种作为父本与不同类型的母本杂交，对后代宿根性进行研究，其后代在干旱条件下蔗糖产量、蔗茎产量、有效茎、株高等均有显著提高。目前，已经选育出的福农39号、福农41号、粤引8号等强宿根性品种，在宿根年限、出苗率、分蘖率、抗病性、宿根性等方面表现优良^[44-46]，逐渐成为各个省份的主推品种。总之，充分利用自然界中丰富的甘蔗种质资源进行有针对性的宿根品种选育，有望成为解决宿根甘蔗衰退的有效途径。

2.4 采用有效的生物防治措施

目前，生物防治成为解决作物连作障碍的研究热点。生物防治法主要是利用相应的有益菌以及动植物对土壤中特定病原微生物及其分泌产生的有害物质进行清除，或者通过竞争营养空间的方式减少病虫害的数量和种类，减轻其对作物根际危害。甘蔗螟虫又称钻心虫，是影响甘蔗产量和品质的主要虫害之一，目前甘蔗生物防治相关研究主要集中在甘蔗螟虫的控制上。有研究发现，利用赤眼蜂、绿僵菌以及性诱剂等生物防治方式，能起到显著的防治效果^[47-49]。由土壤、微生物、根系分泌物等组成的甘蔗根际土壤环境非常复杂，彼此之间相互制约，限制了生物防治在甘蔗上的研究进展，但是生物防治在改善甘蔗根际生态环境、提高根系养分吸收方面能够起到根本性作用，在延缓宿根甘蔗衰退上具有巨大的潜力。

3 展望

宿根甘蔗在我国糖料生产中占据重要地位，然而由于品种退化、地力下降以及不正当的田间管理措施，我国宿根甘蔗在产量、品质等方面远远低于新植甘蔗，并且随着宿根年限的增长，其产量、品质降低，病虫害加剧，成为制约我国糖料产业发展的重要因素。甘蔗宿根衰退除了与基因型差异有密切关系外，还涉及到蔗田土壤、周边环境中生物以及非生物因素，并且各个因素之间相互影响，使宿根甘蔗衰退方面的相关研究面临诸多困难。目前宿根甘蔗衰退的研究主要集中在病虫害方面^{[29, 50]}，但土壤组分在宿根甘蔗衰退中的具体作用，甘蔗根际土壤微环境中各个因素之间的相互作用还不明确。此外，甘蔗根系、土壤以及微生物之间的相互关系也缺乏深入研究。

不断改良甘蔗品种，选育强宿根性甘蔗品种的同时，从甘蔗根系、土壤养分以及微生物等方面对宿根甘蔗衰退机理进行深入研究，并从土壤微生态调控角度开发出对应的微生物肥料、生物防控机制以及土壤健康调理技术，开展土壤综合治理配套技术，是解决宿根甘蔗衰退，推动我国糖料甘蔗产业发展的重要途径。