基于盆栽試驗的促根劑對低溫條件下烤煙地上部生長和根系發育的影響

陳鵬宇 ，楊 超，汪代斌，李科偉，委亞慶，陳益銀，張世浩，江厚龍，習向銀*

1.西南大學資源環境學院農學與生物科技學院，重慶市北碚區天生路2號 400715

2.中國煙草總公司重慶市公司重慶煙草科學研究所，重慶市北碚區天生路2號 400715

烤煙根系不僅是一種固著器官，更重要的還是吸收與合成器官，煙株移栽后根系發育好壞對烤煙生長具有重要影響［1］。重慶煙區多位于中高海拔地區，煙苗移栽時多逢低溫陰雨寡照天氣，這對煙株根系發育不利。因此，需要適宜促根劑來調控根系的生長發育，從而促進烤煙前期生長和后期煙葉正常成熟落黃。目前，市場上有多種促根劑，其效果因作物和土壤類型不同而異。殼聚糖是一種天然多糖，能提高土壤氮含量和磷肥利用率，并促進植物根系的生長發育［2-5］。祁帥等［6］研究表明，用40 mg/L殼聚糖處理網室內牛肝土和紫色土上種植的烤煙煙苗根系后，其促生效果較好，而在砂泥田土以20 mg/L殼聚糖對煙苗根系的促生效果最優。有研究還發現，Agri-star松土促根劑及同類土壤調理劑均能調節土壤的水、肥、氣和熱因子，改善土壤的團聚體結構，提高土壤肥力，促進根系發育，增加作物產量［7-14］。李玥等［15］在湖南植煙區土壤上進行了復硝酚鈉、海藻酸鈉和無機養分配施對烤煙根系生長的影響試驗，發現復硝酚鈉、海藻酸鈉和無機養分混合灌根施用能顯著促進烤煙根系的生長發育。蔣亞蓮等［16］研究表明，萘乙酸和吲哚丁酸都有促進根系生長的作用，并且兩者混合液能顯著提高版納龍船花穗條扦插的生根率，以NAA 200 g/L+IBA 400 g/L的處理效果最好。周乾等［17］研究表明，生根粉對玉米和水稻根系發育有良好的促進作用。周乾等［18］通過大田試驗研究發現，云煙87移栽前10 d噴施濃度為15 mg/L的生根劑（主要成分為α-萘乙酸）對提高煙草根系活力和改善農藝性狀有良好效果。曾睿等［19］研究表明，烤煙施用適量油枯后，能提高煙葉鉀含量和烤煙產值。謝春瓊等［20］研究發現，油枯發酵中pH在4～6波動，且銨態氮和硝態氮含量逐步增加。李成學等［21］研究表明，油枯發酵過程中釋放熱量并使堆肥溫度增高。另有研究表明［22-24］，生物炭具有巨大的表面積和陽離子交換量，可吸附土壤養分離子，提高肥料利用率。張宗錦等［25］研究表明，生石灰能明顯提高酸性土壤pH，進而提高烤煙產值。可見，上述促根劑對于煙草或其他作物的根系生長有良好的促進效應，但在重慶煙區尚鮮見報道。另外，重慶煙區烤煙生長前期連續處于低溫狀態下，急需1種具有增溫和促生雙重功能的促根劑。基于此，設計了由油枯、生石灰和稻殼生物炭組成的生物促根劑，并在恒定低溫條件下通過盆栽試驗研究了生物促根劑及殼聚糖、萘乙酸+吲哚丁酸、復硝酚鈉+海藻酸鈉、生根粉、Agri-star松土促根劑對烤煙地上部生長及根系發育的影響，同時通過大田試驗驗證生物促根劑的增溫效果，旨在為促進重慶烤煙早期的生長發育提供依據。

1 材料與方法

1.1 材料與儀器

供試煙草品種為云煙87。盆栽試驗土壤取自彭水潤溪煙地的耕作層。土壤基本理化性質：pH5.9，全氮1.93 g/kg，全磷1.09 g/kg，全鉀23.2 g/kg，堿解氮174 mg/kg，有效磷23 mg/kg，速效鉀232 mg/kg，有機質27.1 g/kg。促根劑：99%萘乙酸和99%吲哚丁酸（廣州林國化肥有限公司）；殼聚糖（河南榮尚食化生物科技有限公司）；Agri-star松土促根劑（河南省火車頭農業技術有限公司）；98%復硝酚鈉（鄭州中科化工產品有限公司）；海藻酸鈉（鑫達食化生物科技有限公司）；生根粉（四川國光農化股份有限公司）；液體發酵劑（君德生物科技有限公司）；稻殼（上海滿緣植材有限公司）；油枯購自重慶歇馬農貿市場。儀器：GND型光照培養箱（寧波東南儀器有限公司）；電熱鼓風干燥箱（上海實焰電爐廠）；根系掃描儀［Epson Expression 10000XL，愛普生（中國）有限公司］；RC-4溫度記錄儀（江蘇省精創電氣股份有限公司）。

1.2 試驗設計

1.2.1 盆栽試驗

盆缽規格：盆面直徑11.5 cm，盆底直徑10 cm，盆高10 cm，每盆裝入風干土620 g。設置9個處理，每處理設置3次重復。對照（CK）為空白，即不加促根劑；T1為殼聚糖處理，澆灌50 mg/L的殼聚糖溶液100 mL/株；T2為萘乙酸+吲哚丁酸處理，澆灌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為復硝酚鈉+海藻酸）處理，澆灌50 mg/L的復硝酚鈉和海藻酸鈉混合溶液100 mL/株；T4為生根粉處理，澆灌100 mg/L的國光牌生根粉溶液100 mL/株；T5為Agri-star松土促根劑處理，用量為1 g/株；T6為萘乙酸+吲哚丁酸+營養組合）處理，澆灌含有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的鉀、0.25 mol/L的鈣、1.88 mol/L的鎂的混合溶液100 mL/株；T7為生物促根劑1處理，即60 g油枯、20%的液體發酵劑以及5 g生石灰混制而成的混合物；T8為生物促根劑2處理，即60 g油枯、20%的液體發酵劑、5 g生石灰和10 g稻殼生物炭。移栽時，用打孔器在盆缽中央打入直徑為8 cm且深8 cm的井窖，然后將煙苗置于井窖中央，最后封土。CK及T1、T2、T3、T4和T6處理均采用常規細土封窖，于移栽當天在煙苗根系周圍進行澆灌促根劑處理；T5、T7和T8處理采用促根劑和常規細土混勻后封窖。為保證試驗的一致性，CK及T5、T7和T8處理同時澆灌100 mL去離子水/株。

2019年1月20日采用漂浮育苗法培育煙苗，當煙苗長至4～5片真葉，莖高3～4 cm時移栽。2019年3月9日選取長勢一致的煙苗進行盆缽移栽，在恒溫12 ℃條件下光照10 000 Lx且光暗周期為12 h的光照培養箱里培養，3周后進行整株采樣。除上述處理不同外，其他培養條件及管理方式均相同。整株采收后，立刻測定各處理烤煙的株高、莖圍、地上部干質量、根數、根長、根表面積和根體積指標。

1.2.2 田間測溫試驗

為明確生物促根劑的增溫效應，于2019年3月25日至4月15日在西南大學后山試驗站進行了田間測溫試驗。設置2個處理。處理1為空白對照（CK）；處理2為T8處理，具體見盆栽試驗的處理部分，每個處理3次重復。田間試驗所用煙苗與盆栽試驗一致，除處理外，其他管理措施與常規大田一致。移栽時用打孔器在盆缽中央打入直徑為8 cm且深15 cm的井窖，方法同盆栽試驗。從煙苗移栽第1天開始，用RC-4溫度記錄儀每隔1 h自動記錄兩處理井窖內5 cm深處的溫度，直至試驗結束。

1.2.3 測定指標與方法

光照培養箱盆栽試驗培養3周后，先測定各處理的株高和莖圍，然后把植株分為地上部和根系兩部分，進行地上部干質量的測定；根系體積、根長、根數以及根系表面積指標均用根系掃描儀掃描后，用WinRHIZO Pro2007軟件分析并獲得數據。

1.3 數據處理

數據為3次重復的平均值，采用Microsoft Excel2010軟件對數據進行分析，使用SPSS20.0的Duncan’s法進行處理間差異的顯著性檢驗。

2 結果與分析

2.1 促根劑對低溫條件下烤煙地上部生長的影響

由表1可見，T1、T2、T3、T4、T7和T8處理的株高均顯著高于CK（P<0.05），且T8處理的株高最高，較CK增加了43.7%，其次是T4處理，較CK增加36.3%。T6處理株高顯著低于CK（P<0.05），較CK降低22.0%。促根劑處理可不同程度促進烤煙莖圍生長，以T2、T3和T8處理作用最為顯著（P<0.05），莖圍分別為1.47 cm、1.57 cm、1.47 cm，較CK增加25.6%～34.2%。T2和T3處理對于地上部干質量促進效果最為顯著（P<0.05），較CK增加87.1%；其次是T8處理（P<0.05），較CK增加67.7%。而T6處理地上部干質量顯著低于CK（P<0.05），較CK降低29.0%。可見，T8處理對低溫下烤煙株高、莖圍和地上部干質量的綜合促進效應最好。

表1 促根劑對低溫下烤煙株高、莖圍及地上部干質量的影響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 促根劑對低溫下烤煙根系發育的影響

由圖1可知，T1、T2、T3、T4、T5和T8處理煙苗根系表面積均顯著高于CK（P<0.05）。其中T8處理根系表面積較CK增加2.60 cm2/株，促進作用最佳。其次是T5和T4處理，根系表面積分別較CK增加2.43 cm2/株和1.93 cm2/株。T3、T2、T1處理與CK相比，根系表面積分別增加1.47 cm2/株、1.73 cm2/株和1.30 cm2/株。與CK相比，T6與T7處理根系表面積則分別減少4.17 cm2/株和3.23 cm2/株。可見，T8和T5處理對低溫下烤煙根系表面積增加效應最強。

圖2表明，T5處理根長最長，與CK相比根長增加31.0%。T2和T8處理烤煙的根長均顯著高于CK（P<0.05），分別比CK增加19.33 cm/株和18.90 cm/株。T1處理的煙苗根長顯著高于CK（P<0.05），比CK增加15.60 cm/株。T3和T4處理根長與CK間差異均達到顯著水平（P<0.05），分別較CK增加7.00 cm/株和8.83 cm/株。T6和T7處理的根長分別比CK減少68.84 cm/株和48.00 cm/株，對烤煙根長的抑制效果明顯。可見，T5處理對低溫條件下烤煙根長增加效應最大，其次為T2和T8處理。

圖2 不同促根劑對低溫條件下烤煙根長的影響Fig.2 Effects of different root-promoting agents on root length of flue-cured tobacco at low temperature

由圖3可知，T5處理根系體積最大，與CK相比，根系體積增加0.023 cm3/株。T8和T2處理根系體積次之，較CK分別增加0.019 cm3/株和0.014 cm3/株。T4處理根系體積較CK增加0.013 cm3/株。T1和T3處理根系體積增加0.011 cm3/株，與CK間差異均達到顯著水平，但T1、T3和T4三者間差異不顯著。T6和T7處理與CK相比根系體積分別減少3.6%和21.4%。可見，T5處理對低溫條件下烤煙根系體積增加效應最強，其次為T8和T2處理。

圖3 不同促根劑對低溫條件下烤煙根系體積的影響Fig.3 Effects of different root-promoting agents on root volume of flue-cured tobacco at low temperature

圖4表明，不同促根劑對低溫條件下烤煙生長前期總根數的影響不同。與CK相比，T6和T7處理的總根數明顯減少，但差異不顯著（P>0.05）。與CK相比，T5、T8、T3、T1和T2處理的總根數明顯增加，其中T5、T8和T3處理較CK分別增加101.4%、58.5%和54.1%，且T5處理對低溫條件下烤煙總根數有顯著增加作用（P<0.05）。

圖4 不同促根劑對低溫條件下烤煙總根數的影響Fig.4 Effects of different root-promoting agents on root numbers of flue-cured tobacco at low temperature

2.3 生物促根劑對烤煙伸根期的增溫效應

圖5 生物促根劑對烤煙生長前期耕層（5 cm）土壤溫度的影響Fig.5 Effect of biological root promoting agent on temperature of plough layer（5 cm）at early stage of flue-cured tobacco growth

由圖5可知，與CK相比，T8處理明顯提高耕層（5 cm）土壤溫度，但不同生長階段增溫幅度不同。在烤煙還苗期1～7 d內耕層土壤溫度呈微弱的增加趨勢，溫度增幅在0.2～0.5 ℃之間。在烤煙移栽后8～14 d內，耕層土壤溫度增幅為1.0～2.1 ℃，溫度范圍在15.0～25.7 ℃之間，這保障了烤煙伸根期的持續較高土壤耕層溫度，為烤煙根系發育和地上部生長提供了良好的溫度條件。

3 討論

重慶煙區烤煙移栽時易遭受低溫陰雨寡照天氣的影響，導致烤煙前期生長緩慢，并且增加了還苗時間，甚至影響到后期落黃及煙葉產值和品質［26］。本研究中發現，生物促根劑對地上生長和根系發育表現出很好的促生效應，且對烤煙前期耕層土壤5 cm處的溫度有較明顯的增溫效果。這主要是因為油枯在發酵中釋放熱量和養分［20-21］，且生物炭對其有效養分具有較強的吸附和保持能力［22-24］。此外，生石灰有短暫升溫作用，可改善油枯發酵引起的局部酸化，從而加速油枯或土壤中有效養分的釋放［25］。

在本研究中還發現，萘乙酸+吲哚丁酸、復硝酚鈉+海藻酸鈉兩種復合促根劑對地上生長和根系發育也表現出很好的促生作用，這與蔣亞蓮等［16］、李玥等［15］結果基本一致。可能是因為萘乙酸和吲哚丁酸的混合液能誘導不定根的不斷形成［16］，復硝酚鈉能提高細胞活力，促進根系生長［15］；海藻酸鈉不僅能促進土壤團粒結構的形成，還能激活土壤中多種微生物的活性，從而加速養分釋放和土壤養分的有效化［27-28］。

Agri-star松土促根劑富含多種有機、無機化合物及微量元素，能改善土壤物化性狀和生物學特性，又能增加耕層土壤的通透性［8-11］；同時增加土壤團粒結構，促進根系發育［7,12］。本試驗也印證了Agri-star松土促根劑對根系發育有顯著促進作用，但對低溫條件下烤煙地上部促進作用不顯著，可能與環境溫度過低不利于其效應的發揮有關。

殼聚糖可作為氮源可被植物根系直接吸收利用，從而促進植物根系的生長發育［2-5］。生根粉主要成分是萘乙酸，適量濃度對根系生長有很好的促進作用［17-18］。本研究中，殼聚糖和生根粉在12 ℃的低溫下也能顯著促進烤煙株高、莖圍和地上部干質量增加，以及烤煙根長、根體積和根表面積的增加。這與祁帥等［6］、周乾等［18］的研究結果相吻合。

本試驗是在模擬重慶煙區低溫條件下采用盆栽試驗獲得的結果，有待進一步的多點大田驗證。此外，烤煙地上部生長和根系發育與養分吸收、根際土壤微生物活性密切相關，因此有關煙苗氮磷鉀養分吸收、根際微生物多樣性等方面也有待深入研究。

4 結論

在光照培養箱盆栽試驗條件下，不同促根劑對低溫條件下烤煙地上部和根系發育影響不同。其中，殼聚糖、萘乙酸+吲哚丁酸、復硝酚鈉+海藻酸鈉、生根粉、Agri-star松土促根劑、生物促根劑對地上部生長或根系發育均有促進作用。生物促根劑（油枯+生石灰+生物炭+發酵劑）不僅對低溫條件下烤煙煙苗地上部生長和根系發育有良好的促進效應，而且還對烤煙還苗期和伸根期煙田土壤有持續的增溫效果，因此可作為重慶烤煙早生快發的適宜促根劑。