基于盆栽试验的促根剂对低温条件下烤烟地上部生长和根系发育的影响

陈鹏宇 ，杨 超，汪代斌，李科伟，委亚庆，陈益银，张世浩，江厚龙，习向银*

1.西南大学资源环境学院农学与生物科技学院，重庆市北碚区天生路2号 400715

2.中国烟草总公司重庆市公司重庆烟草科学研究所，重庆市北碚区天生路2号 400715

烤烟根系不仅是一种固着器官，更重要的还是吸收与合成器官，烟株移栽后根系发育好坏对烤烟生长具有重要影响［1］。重庆烟区多位于中高海拔地区，烟苗移栽时多逢低温阴雨寡照天气，这对烟株根系发育不利。因此，需要适宜促根剂来调控根系的生长发育，从而促进烤烟前期生长和后期烟叶正常成熟落黄。目前，市场上有多种促根剂，其效果因作物和土壤类型不同而异。壳聚糖是一种天然多糖，能提高土壤氮含量和磷肥利用率，并促进植物根系的生长发育［2-5］。祁帅等［6］研究表明，用40 mg/L壳聚糖处理网室内牛肝土和紫色土上种植的烤烟烟苗根系后，其促生效果较好，而在砂泥田土以20 mg/L壳聚糖对烟苗根系的促生效果最优。有研究还发现，Agri-star松土促根剂及同类土壤调理剂均能调节土壤的水、肥、气和热因子，改善土壤的团聚体结构，提高土壤肥力，促进根系发育，增加作物产量［7-14］。李玥等［15］在湖南植烟区土壤上进行了复硝酚钠、海藻酸钠和无机养分配施对烤烟根系生长的影响试验，发现复硝酚钠、海藻酸钠和无机养分混合灌根施用能显著促进烤烟根系的生长发育。蒋亚莲等［16］研究表明，萘乙酸和吲哚丁酸都有促进根系生长的作用，并且两者混合液能显著提高版纳龙船花穗条扦插的生根率，以NAA 200 g/L+IBA 400 g/L的处理效果最好。周乾等［17］研究表明，生根粉对玉米和水稻根系发育有良好的促进作用。周乾等［18］通过大田试验研究发现，云烟87移栽前10 d喷施浓度为15 mg/L的生根剂（主要成分为α-萘乙酸）对提高烟草根系活力和改善农艺性状有良好效果。曾睿等［19］研究表明，烤烟施用适量油枯后，能提高烟叶钾含量和烤烟产值。谢春琼等［20］研究发现，油枯发酵中pH在4～6波动，且铵态氮和硝态氮含量逐步增加。李成学等［21］研究表明，油枯发酵过程中释放热量并使堆肥温度增高。另有研究表明［22-24］，生物炭具有巨大的表面积和阳离子交换量，可吸附土壤养分离子，提高肥料利用率。张宗锦等［25］研究表明，生石灰能明显提高酸性土壤pH，进而提高烤烟产值。可见，上述促根剂对于烟草或其他作物的根系生长有良好的促进效应，但在重庆烟区尚鲜见报道。另外，重庆烟区烤烟生长前期连续处于低温状态下，急需1种具有增温和促生双重功能的促根剂。基于此，设计了由油枯、生石灰和稻壳生物炭组成的生物促根剂，并在恒定低温条件下通过盆栽试验研究了生物促根剂及壳聚糖、萘乙酸+吲哚丁酸、复硝酚钠+海藻酸钠、生根粉、Agri-star松土促根剂对烤烟地上部生长及根系发育的影响，同时通过大田试验验证生物促根剂的增温效果，旨在为促进重庆烤烟早期的生长发育提供依据。

1 材料与方法

1.1 材料与仪器

供试烟草品种为云烟87。盆栽试验土壤取自彭水润溪烟地的耕作层。土壤基本理化性质：pH5.9，全氮1.93 g/kg，全磷1.09 g/kg，全钾23.2 g/kg，碱解氮174 mg/kg，有效磷23 mg/kg，速效钾232 mg/kg，有机质27.1 g/kg。促根剂：99%萘乙酸和99%吲哚丁酸（广州林国化肥有限公司）；壳聚糖（河南荣尚食化生物科技有限公司）；Agri-star松土促根剂（河南省火车头农业技术有限公司）；98%复硝酚钠（郑州中科化工产品有限公司）；海藻酸钠（鑫达食化生物科技有限公司）；生根粉（四川国光农化股份有限公司）；液体发酵剂（君德生物科技有限公司）；稻壳（上海满缘植材有限公司）；油枯购自重庆歇马农贸市场。仪器：GND型光照培养箱（宁波东南仪器有限公司）；电热鼓风干燥箱（上海实焰电炉厂）；根系扫描仪［Epson Expression 10000XL，爱普生（中国）有限公司］；RC-4温度记录仪（江苏省精创电气股份有限公司）。

1.2 试验设计

1.2.1 盆栽试验

盆钵规格：盆面直径11.5 cm，盆底直径10 cm，盆高10 cm，每盆装入风干土620 g。设置9个处理，每处理设置3次重复。对照（CK）为空白，即不加促根剂；T1为壳聚糖处理，浇灌50 mg/L的壳聚糖溶液100 mL/株；T2为萘乙酸+吲哚丁酸处理，浇灌15 mg/L的萘乙酸（NAA）和30 mg/L的吲哚丁酸（IBA）混合溶液100 mL/株；T3为复硝酚钠+海藻酸）处理，浇灌50 mg/L的复硝酚钠和海藻酸钠混合溶液100 mL/株；T4为生根粉处理，浇灌100 mg/L的国光牌生根粉溶液100 mL/株；T5为Agri-star松土促根剂处理，用量为1 g/株；T6为萘乙酸+吲哚丁酸+营养组合）处理，浇灌含有15 mg/L的萘乙酸和30 mg/L的吲哚丁酸以及3.14 mol/L的氮、0.34 mol/L的磷、1.82 mol/L的钾、0.25 mol/L的钙、1.88 mol/L的镁的混合溶液100 mL/株；T7为生物促根剂1处理，即60 g油枯、20%的液体发酵剂以及5 g生石灰混制而成的混合物；T8为生物促根剂2处理，即60 g油枯、20%的液体发酵剂、5 g生石灰和10 g稻壳生物炭。移栽时，用打孔器在盆钵中央打入直径为8 cm且深8 cm的井窖，然后将烟苗置于井窖中央，最后封土。CK及T1、T2、T3、T4和T6处理均采用常规细土封窖，于移栽当天在烟苗根系周围进行浇灌促根剂处理；T5、T7和T8处理采用促根剂和常规细土混匀后封窖。为保证试验的一致性，CK及T5、T7和T8处理同时浇灌100 mL去离子水/株。

2019年1月20日采用漂浮育苗法培育烟苗，当烟苗长至4～5片真叶，茎高3～4 cm时移栽。2019年3月9日选取长势一致的烟苗进行盆钵移栽，在恒温12 ℃条件下光照10 000 Lx且光暗周期为12 h的光照培养箱里培养，3周后进行整株采样。除上述处理不同外，其他培养条件及管理方式均相同。整株采收后，立刻测定各处理烤烟的株高、茎围、地上部干质量、根数、根长、根表面积和根体积指标。

1.2.2 田间测温试验

为明确生物促根剂的增温效应，于2019年3月25日至4月15日在西南大学后山试验站进行了田间测温试验。设置2个处理。处理1为空白对照（CK）；处理2为T8处理，具体见盆栽试验的处理部分，每个处理3次重复。田间试验所用烟苗与盆栽试验一致，除处理外，其他管理措施与常规大田一致。移栽时用打孔器在盆钵中央打入直径为8 cm且深15 cm的井窖，方法同盆栽试验。从烟苗移栽第1天开始，用RC-4温度记录仪每隔1 h自动记录两处理井窖内5 cm深处的温度，直至试验结束。

1.2.3 测定指标与方法

光照培养箱盆栽试验培养3周后，先测定各处理的株高和茎围，然后把植株分为地上部和根系两部分，进行地上部干质量的测定；根系体积、根长、根数以及根系表面积指标均用根系扫描仪扫描后，用WinRHIZO Pro2007软件分析并获得数据。

1.3 数据处理

数据为3次重复的平均值，采用Microsoft Excel2010软件对数据进行分析，使用SPSS20.0的Duncan’s法进行处理间差异的显著性检验。

2 结果与分析

2.1 促根剂对低温条件下烤烟地上部生长的影响

由表1可见，T1、T2、T3、T4、T7和T8处理的株高均显著高于CK（P<0.05），且T8处理的株高最高，较CK增加了43.7%，其次是T4处理，较CK增加36.3%。T6处理株高显著低于CK（P<0.05），较CK降低22.0%。促根剂处理可不同程度促进烤烟茎围生长，以T2、T3和T8处理作用最为显著（P<0.05），茎围分别为1.47 cm、1.57 cm、1.47 cm，较CK增加25.6%～34.2%。T2和T3处理对于地上部干质量促进效果最为显著（P<0.05），较CK增加87.1%；其次是T8处理（P<0.05），较CK增加67.7%。而T6处理地上部干质量显著低于CK（P<0.05），较CK降低29.0%。可见，T8处理对低温下烤烟株高、茎围和地上部干质量的综合促进效应最好。

表1 促根剂对低温下烤烟株高、茎围及地上部干质量的影响①Tab.1 Effects of different root-promoting agents on plant height,stalk diameter and shoot dry weight of flue-cured tobacco at low temperature

2.2 促根剂对低温下烤烟根系发育的影响

由图1可知，T1、T2、T3、T4、T5和T8处理烟苗根系表面积均显著高于CK（P<0.05）。其中T8处理根系表面积较CK增加2.60 cm2/株，促进作用最佳。其次是T5和T4处理，根系表面积分别较CK增加2.43 cm2/株和1.93 cm2/株。T3、T2、T1处理与CK相比，根系表面积分别增加1.47 cm2/株、1.73 cm2/株和1.30 cm2/株。与CK相比，T6与T7处理根系表面积则分别减少4.17 cm2/株和3.23 cm2/株。可见，T8和T5处理对低温下烤烟根系表面积增加效应最强。

图2表明，T5处理根长最长，与CK相比根长增加31.0%。T2和T8处理烤烟的根长均显著高于CK（P<0.05），分别比CK增加19.33 cm/株和18.90 cm/株。T1处理的烟苗根长显著高于CK（P<0.05），比CK增加15.60 cm/株。T3和T4处理根长与CK间差异均达到显著水平（P<0.05），分别较CK增加7.00 cm/株和8.83 cm/株。T6和T7处理的根长分别比CK减少68.84 cm/株和48.00 cm/株，对烤烟根长的抑制效果明显。可见，T5处理对低温条件下烤烟根长增加效应最大，其次为T2和T8处理。

图2 不同促根剂对低温条件下烤烟根长的影响Fig.2 Effects of different root-promoting agents on root length of flue-cured tobacco at low temperature

由图3可知，T5处理根系体积最大，与CK相比，根系体积增加0.023 cm3/株。T8和T2处理根系体积次之，较CK分别增加0.019 cm3/株和0.014 cm3/株。T4处理根系体积较CK增加0.013 cm3/株。T1和T3处理根系体积增加0.011 cm3/株，与CK间差异均达到显著水平，但T1、T3和T4三者间差异不显著。T6和T7处理与CK相比根系体积分别减少3.6%和21.4%。可见，T5处理对低温条件下烤烟根系体积增加效应最强，其次为T8和T2处理。

图3 不同促根剂对低温条件下烤烟根系体积的影响Fig.3 Effects of different root-promoting agents on root volume of flue-cured tobacco at low temperature

图4表明，不同促根剂对低温条件下烤烟生长前期总根数的影响不同。与CK相比，T6和T7处理的总根数明显减少，但差异不显著（P>0.05）。与CK相比，T5、T8、T3、T1和T2处理的总根数明显增加，其中T5、T8和T3处理较CK分别增加101.4%、58.5%和54.1%，且T5处理对低温条件下烤烟总根数有显著增加作用（P<0.05）。

图4 不同促根剂对低温条件下烤烟总根数的影响Fig.4 Effects of different root-promoting agents on root numbers of flue-cured tobacco at low temperature

2.3 生物促根剂对烤烟伸根期的增温效应

图5 生物促根剂对烤烟生长前期耕层（5 cm）土壤温度的影响Fig.5 Effect of biological root promoting agent on temperature of plough layer（5 cm）at early stage of flue-cured tobacco growth

由图5可知，与CK相比，T8处理明显提高耕层（5 cm）土壤温度，但不同生长阶段增温幅度不同。在烤烟还苗期1～7 d内耕层土壤温度呈微弱的增加趋势，温度增幅在0.2～0.5 ℃之间。在烤烟移栽后8～14 d内，耕层土壤温度增幅为1.0～2.1 ℃，温度范围在15.0～25.7 ℃之间，这保障了烤烟伸根期的持续较高土壤耕层温度，为烤烟根系发育和地上部生长提供了良好的温度条件。

3 讨论

重庆烟区烤烟移栽时易遭受低温阴雨寡照天气的影响，导致烤烟前期生长缓慢，并且增加了还苗时间，甚至影响到后期落黄及烟叶产值和品质［26］。本研究中发现，生物促根剂对地上生长和根系发育表现出很好的促生效应，且对烤烟前期耕层土壤5 cm处的温度有较明显的增温效果。这主要是因为油枯在发酵中释放热量和养分［20-21］，且生物炭对其有效养分具有较强的吸附和保持能力［22-24］。此外，生石灰有短暂升温作用，可改善油枯发酵引起的局部酸化，从而加速油枯或土壤中有效养分的释放［25］。

在本研究中还发现，萘乙酸+吲哚丁酸、复硝酚钠+海藻酸钠两种复合促根剂对地上生长和根系发育也表现出很好的促生作用，这与蒋亚莲等［16］、李玥等［15］结果基本一致。可能是因为萘乙酸和吲哚丁酸的混合液能诱导不定根的不断形成［16］，复硝酚钠能提高细胞活力，促进根系生长［15］；海藻酸钠不仅能促进土壤团粒结构的形成，还能激活土壤中多种微生物的活性，从而加速养分释放和土壤养分的有效化［27-28］。

Agri-star松土促根剂富含多种有机、无机化合物及微量元素，能改善土壤物化性状和生物学特性，又能增加耕层土壤的通透性［8-11］；同时增加土壤团粒结构，促进根系发育［7,12］。本试验也印证了Agri-star松土促根剂对根系发育有显著促进作用，但对低温条件下烤烟地上部促进作用不显著，可能与环境温度过低不利于其效应的发挥有关。

壳聚糖可作为氮源可被植物根系直接吸收利用，从而促进植物根系的生长发育［2-5］。生根粉主要成分是萘乙酸，适量浓度对根系生长有很好的促进作用［17-18］。本研究中，壳聚糖和生根粉在12 ℃的低温下也能显著促进烤烟株高、茎围和地上部干质量增加，以及烤烟根长、根体积和根表面积的增加。这与祁帅等［6］、周乾等［18］的研究结果相吻合。

本试验是在模拟重庆烟区低温条件下采用盆栽试验获得的结果，有待进一步的多点大田验证。此外，烤烟地上部生长和根系发育与养分吸收、根际土壤微生物活性密切相关，因此有关烟苗氮磷钾养分吸收、根际微生物多样性等方面也有待深入研究。

4 结论

在光照培养箱盆栽试验条件下，不同促根剂对低温条件下烤烟地上部和根系发育影响不同。其中，壳聚糖、萘乙酸+吲哚丁酸、复硝酚钠+海藻酸钠、生根粉、Agri-star松土促根剂、生物促根剂对地上部生长或根系发育均有促进作用。生物促根剂（油枯+生石灰+生物炭+发酵剂）不仅对低温条件下烤烟烟苗地上部生长和根系发育有良好的促进效应，而且还对烤烟还苗期和伸根期烟田土壤有持续的增温效果，因此可作为重庆烤烟早生快发的适宜促根剂。