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甘蔗田
图1 甘蔗的根系、分蘖和蔗种发芽
图2 甘蔗部分花序和子实
图3 甘蔗的节、节间及叶的各部分

Sugarcane

  禾本科(Gramineae)甘蔗属(Saccharum)多年生草本。茎秆汁液是制糖的主要原料。生啖的称果蔗。近年已发展成为能源作物之一。制糖后的副产品用途广泛。(见彩图)

  全世界食糖产量中,蔗糖约占60%。20世纪80年代初年产量约为6400万吨,种植总面积1300多万公顷。中国甘蔗种植面积约60万公顷,产糖量近 300万吨;台湾省种植面积约10万公顷,通常年产量约80万吨。

  甘蔗的类型很多。 从染色体组成看, 因甘蔗是异源多倍体的杂合体,同一个种以至同一植株的染色体数也有很大差异。野生种有:①热带野生种或野生大茎种(Saccharum robustum),2n=60~194;②野生肉质花穗种(S.edule),2n=70~94,可作蔬菜;③野生割手密种(甜根子草,S.spontaneum),2n=40~128。原始栽培种有:①中国种(S.sinensis),2n=106~118;②热带种(S.officinarum),2n=80~128;③印度种(S.barberi),2n=81~124,有人认为可归入中国种。现代生产上用的多为杂交种,染色体变化更大,有2n+n,n+2n,n+n等等,染色体数有多达200条以上的。

目录

起源和历史

  关于栽培甘蔗的起源大致有3种说法:①起源于印度。公元前 327年亚历山大三世(大帝)在印度见当地人嚼食一种状如芦苇的植物,无蜂帮助而有“蜜”,后曾因此而称糖为“无蜂之蜜”。②起源于南太平洋的伊里安岛一带。20世纪30年代英国探险者在伊里安采集到热带野生种甘蔗,并发现普遍生长着割手密。据此认为热带栽培种即由热带野生种演变而来,并推测世界栽培的甘蔗起源于伊里安一带。中国栽培种甘蔗也是由那里传来的,后因地壳变迁,形成海洋阻隔,发展成为独特的中国种。然而近年甘蔗活叶光谱和叶片光合膜等的研究结果显示,割手密野生种和中国栽培种甘蔗都是最古老的种。③起源于中国。《楚辞•招魂》中有“柘浆”词,“柘”即“蔗”,柘浆是指甘蔗汁。东汉张衡《七辩》一文已有“沙糖”之称。南朝陶宏景《名医别录》记有“蔗出江东为胜,庐陵亦有好者。广州一种数年生,皆大如竹,长丈余,取汁为沙糖,甚益人。又有荻蔗节疏而细,亦可噉也。”记载了甘蔗品种和栽培地区可制砂糖亦可生吃。有关甘蔗的描述在中国古代文献中屡见不鲜,可见中国是最古老的种蔗国之一。苏联学者瓦维洛夫认为中国种甘蔗(S.sinensis)的起源中心在中国。

  中国的栽培甘蔗和制糖技术,据日本鸟仓龙治《冲绳一千年史》记载,公元 754年由鉴真和尚东渡时传入日本。13世纪意大利《马可•波罗行记》中曾提到今云南与老挝交界处产糖,印度商人到中国福州、泉州等地来买糖。此外,还有华侨将制糖技术自中国福建传去东南亚的记载。后甘蔗栽培和制糖方法又被传去中东,再经地中海传至西班牙南部。哥伦布第 2次去美洲时,将蔗种带去圣多明各种植;1650年前后巴西、秘鲁、南美和大西洋岛屿各地也开始种蔗。18世纪后遍及全世界。   现在甘蔗生长地区分布于北纬32°至南纬30°之间,甚至达北纬 37°和南纬 35°的地方,但主产区则在南北纬25°之间。世界上以巴西、印度、古巴、澳大利亚、墨西哥、 中国、菲律宾、南非、 泰国、美国、阿根廷、多米尼加和印度尼西亚为主要产蔗糖国家,年产量都在100万吨以上。

  中国蔗区主要分布在长江以南的广东、台湾、广西、福建、云南、四川、江西、浙江、湖南、贵州等省(自治区)以及海洋岛屿。种蔗的海拔高度在赤道附近达1500米。

形态和特性

  主要栽培用甘蔗 (S.officinarum)为须根系,实心粗壮(图 1),高0.5~6米。复总状花序,每个花轴节上着生2个小穗,一有柄、一无柄。每个小穗有外护颖、内护颖、内含 2朵小花,仅第2小花结实。结实小花有外稃(外颖)、内稃(内颖),鳞被2,雄蕊3个,雌蕊1个。子实为颖果,比芝麻细小,每个花序着生小穗8000~30000个(图2)。生产上多行无性繁殖。为避免影响蔗茎生长和糖分积累,不待开花、结实即行收割,故通常在田间只能见到、茎、 3部分。蔗茎既是制糖原料,又是做种的材料,由节间和节以及节上的芽和根点组成(图 3)。节和节间分界处有一明显生长环,为分生组织,幼嫩茎易在此截断。蔗茎内部主要为维管束和薄壁细胞,蔗糖即贮于薄壁细胞的液泡内。节间薄壁细胞多,维管束纵向平行。节部薄壁细胞少,维管束多而分支,主要集中在芽和根点的底下,有的平行伸入上一节间,故食用时节硬而不甜。

  甘蔗为四碳植物(C4)。其光合作用最初产物为苹果酸和天门冬氨酸;催化酶是磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶,与二氧化碳亲和力强。甘蔗的二氧化碳补偿点可低到5%以下,光饱和点则在 100千勒克斯以上,气温40℃时仍能营光合作用。利用氮素和水的效率较高。原料蔗茎的干物质一般约占总干物产量的50~60%,梢部约占15%,蔗根、残屑和绿叶约占25~35%。蔗茎干物质中约有97%为有机质,主要元素是碳、氢、氧。绿叶、梢部、残屑和死茎等的干物质中有90%为有机质,余为矿物元素。每吨原料蔗连同所有地上部分约含氮1.25~ 1.5千克,磷0.85千克,钾3.5千克,钙0.95~1.1千克;硅也是大量元素。所含微量元素有镁、锰、锌、铝、铜、硼、氯、硫和钼等。

育种

  生产上仍以有性杂交育种为主。甘蔗结子和萌发成苗的事实发现较晚,1885年才在爪哇和巴巴多斯最初得到从子实萌发长成的植株,故有性杂交育种迟至1887年才在爪哇正式开始,20世纪初杂交种才投产。杂交亲本选用野生种,或生产上表现好的栽培种作父本。也有主张用F2、F3野生种后代或远亲作父本,用当代生产上表现好的作母本的。由于甘蔗小穗不便人工去雄,难以完全防止自行授粉,同时因甘蔗是杂合体,自交后分离显著,杂交组合数和用种子培育的实生苗数宜多。当选后的植株用无性繁殖,不再分离。育种目标:制糖用蔗在于提高以蔗产量和蔗糖分合并计算的单位面积含蔗糖量;能源用蔗只要求单位面积生产的碳水化合物多;果蔗要求水分多而脆嫩,含蔗糖和还原糖多。熟性、抗性等目标则因地而异。

  除有性杂交外,芽变育种、组织培养、物理、化学诱变和细胞杂交等方法也有应用。甘蔗繁殖系数低,育出的优良植株,须加速繁殖;用组织培养方法可加快繁殖速度。

栽培

  甘蔗喜光、喜热,生长的有效温度在15℃以上,自萌发至糖分积累的最适宜温度都为30℃。在30℃发芽成苗的甘蔗,当季产量和宿根蔗产量均高,且品种不易退化。强光不仅有益于甘蔗长粗和分蘖,也可促进蔗糖分的形成和积累。甘蔗好水又怕水;对土壤要求不严,较耐盐,以含有机质丰富的中性偏微碱的沙壤到粘壤较好。最喜钾,但其他元素也不可缺。肥料的施用须兼顾蔗产量和糖分积累。

  甘蔗栽培有新植和宿根两大类。在中国,两类的比例目前约为1:1,其他国家一般宿根多于新植。新植蔗中又分春植、夏植、秋植、冬植,因地而异。中国实行育苗移栽,可使土地利用和耕作制度更加合理,且有利于甘蔗增产和糖分积累。栽培的主要技术有下种、苗期和伸长期管理等。

下种

  选择种苗一般经田块选、株选、砍种选等步骤。中选的茎砍留生长点以下、芽已发育健全而未老化、含蔗糖分少的一段做种。下种时,再砍两个芽为一段,以免除顶端优势,保证水分和养分及利于萌发整齐。许多国家多用整茎或半茎做种,用机械下种后砍断于土中,蔗种损失较多。为节省蔗种,可采蔗芽带有部分蔗茎的芽片种和一节一个芽的单芽种以及组织培养小苗移栽等方法。蔗芽在13℃、根点在10℃即开始萌发,从根点萌发的根系称种根。萌发随温度升高而加快。为加速蔗种内养分水解,避免失水干瘪,适合甘蔗水多长根、水少长芽的特性,土壤湿度宜保持60~70%。

苗期管理

  发芽后出现第1片真叶即进入幼苗期。一般具有 3片真叶时才从幼苗基部发生永久根;但芽鳞多的甚至在真叶未出现前永久根即已发生,宿根蔗常有此现象。苗期适宜温度在15℃以上,土温对幼苗生长关系更大。苗期最怕水,生理用水不多,主要是生态用水,土壤湿度保持60~70%即可。土壤积水会妨碍幼苗生长甚至导致幼苗死亡。苗期施肥约占总追肥量的10%,宜多施磷肥,结合施肥进行间苗、补苗、浅中耕除草和小培土,以促进分蘖。萌发分蘖所需温度在20℃以上,温度和光与分蘖多少成正比。土壤湿度要求在70%左右。分蘖时期的施肥一般占施肥总量的20%左右,尤应多施钾肥,并结合施肥进行间苗、中耕培土,以巩固早生分蘖。

伸长期管理

  蔗株长出12片真叶后,即发大根、开大叶、长大茎,进入伸长期,所需温度在25℃以上,土壤湿度要求80~90%,是最喜水的阶段。光照要求更强和更长,也是光合作用最旺盛的时期,产量的70%左右在这时形成。宜施重肥,施量占用肥总量的50%以上;同时结合大培土覆盖肥料,防止倒伏,控制分蘖,进行定苗。伸长中、后期结合施肥进行高培土,使蔗株均匀分开,以利通风透光,并防止倒伏和病虫害。这时对光照的要求更高,全被遮荫的蔗株会造成生理死亡。伸长末期土壤湿度应逐渐降低至60~70%。结合培土对生长旺盛的甘蔗剥除脚叶,有利于蔗节与土壤接触,从而加速长根;伸长后期及时剥除枯老叶,则对防冶病虫害、加强通风透光和蔗糖分的积累等有益;但干旱时不宜进行剥叶。

成熟和收获

  甘蔗的成熟分为工艺成熟和生理成熟。制糖甘蔗的收获期根据工艺成熟标准而定。工艺成熟以茎内糖分积累达到最多时为准。其外部形态表现为梢尖细,叶片变小,色变黄绿,蔗茎外表光滑,蜡质脱落,茎色变深。糖分积累由下逐节向上。生长基本停止后,除未充分生长的梢部各节外,上下各节的蔗汁锤度比达到0.9~1.0时,即为工艺成熟。在蔗形成3个以上完整的节后,生长锥在一定条件下会分化转向生殖生长,经孕穗、抽穗、开花、结实而达到生理成熟。收获程序一般为先早熟后中熟、晚熟品种;先宿根,后新植;先旱地,后洲地、水田;先砂土,后壤土、粘土。砍收、运输和压榨的时间须紧密衔接,以防变质和降低糖分。砍收后无法及时加工的,须蔗荫和适量洒水。收获时要尽量减少夹杂物。种子的收获一般在授粉后20多天时进行。

病虫害等的防治

  甘蔗病害已发现有 100多种。最常见的有赤腐病、凤梨病、 嵌纹病、灰煤病、 褐条病、环斑病、锈病、梢腐病、黑腐病和宿根滞顿病等。此外线虫病也有发生。防治办法包括消灭带病害虫、药剂防治、 蔗种用50~52℃温汤或蒸汽消毒、 选用无病蔗种、砍种刀消毒、病害流行区不留宿根蔗、及时剥叶、清除并烧毁蔗田残屑以及选育抗病品种等。害虫种类也多,食叶的有粘虫等;吸汁的有蚜虫、蓟马、介壳虫、草蝉、长蝽、浮尘子等;钻心的有螟虫等;为害地下部或基部的有金针虫蛴螬白蚁、天牛、蟋蟀蝼蛄和食根蚜等。除药剂防治和培育抗虫品种外,用赤眼蜂、红蚂蚁等进行生物防治,现已受到重视;性诱、食物诱杀等方法也已试验应用。对杂草可用人工、机械或药剂防除。轮作尤其是水旱轮作,不仅有益于维持土壤肥力,对防除某些杂草和病虫害也有重要作用。鼠害在某些蔗区相当严重。在亚热带和温带蔗区,为防御冬季霜冻害,除采用早熟品种外,在霜冻来临前几小时灌水、对蔗叶喷水或在田边熏烟,也有一定效果。在冬季通常土壤结冻的地方,留宿根的蔗畦要加盖蔗叶并覆土。

用途

  甘蔗含蔗糖分一般为14%,高的达15%以上,收回率一般为90%。蔗糖可产生的热量也较高。甘蔗除制糖外还有多种用途:制糖后的蔗渣是很好的能源,还可作饲料和造纸、制纤维板、人造棉、尼龙丝、糠醛等的原料,以及香菇木耳的培养基等,废糖蜜可用于制酒精、高级食用酒、味精、酵母、甘油、丙酮、丁醇、柠檬酸、赖氨酸等。滤泥可提取蔗蜡、甾醇。蔗叶、蔗梢可作饲料和用于编织。加工后的副产品均可作肥料。果蔗富含还原糖和水分,纤维短而脆,又称脆皮蔗,是受人喜爱的水果。

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