不同促根措施对皖南烤烟根系发育和土壤养分的影响

王帅，李举旭，郑好，张小全，李洪臣，蔡文龙，刘晓晖

（1.河南农业大学烟草学院，河南 郑州 450002；2.武汉乐道物流有限公司，湖北 武汉 430048；3.河南省烟草公司三门峡市公司，河南 三门峡 472000；4.深圳烟草工业有限责任公司，广东 深圳 518109）

皖南烟区植烟土壤呈微酸性，有机质含量丰富，但总氮和碱解氮含量偏高，速效钾含量偏低，加之常年施用复合肥等化肥，导致烟叶烟碱含量偏高、钾含量偏低［1，2］。

研究促根措施对皖南烟区烟株根系发育和土壤养分的影响，探索烟叶提质增产的技术措施，对提高皖南烟叶质量、满足工业原料需求具有重要意义。近年来，通过农艺措施促进作物根系生长发育从而提高作物产质量的研究不断。张亚飞等［3］通过盆栽试验发现，黄腐酸钾与化肥置于控缓袋中，能显著减少氨挥发，提高桃树根系活力并增加根系生物量，从而提高氮肥利用率。γ-聚谷氨酸常作为肥料增效剂在农业生产中广为应用，其具有富集和保护土壤养分、促进作物养分吸收和提高肥料养分利用率等作用［4，5］。烟草豆浆灌根作为一项追肥促根技术在我国豫西烟区发明并大范围推广。戴华鑫等［6，7］研究发现，烟草团棵期豆浆灌根可有效提高土壤养分含量促进烤烟根系与地上部分的生长发育，提高烟叶产质量。

土壤养分含量是决定植物生长的重要因素，而根系又是承担植物体营养和水分吸收转运等功能的重要器官［8，9］。由于土壤养分分布的异质性，其状况很大程度上决定着根系的生理特性和形态结构。胡世民等［10］对55篇已发表文章分析发现，土壤养分异质性分布对植物地上部生物量、根系生物量和根长等响应变量均有正效应。然而不同促根措施对皖南烤烟根系发育及土壤养分的影响却鲜有报道。本试验通过研究增施黄腐酸钾、γ-聚谷氨酸和团棵期豆浆灌根条件下烟株各生长时期根系形态特征和生理特性差异以及土壤主要养分含量的变化，旨在探明不同促根措施对皖南烤烟根系发育和土壤养分的影响机制，为皖南优质烟叶生产提供参考。

1 材料与方法

1.1 试验材料

试验于2019年在安徽省宣城市烟叶示范园进行。供试品种为主栽品种云烟97。试验地为砂壤土，前茬为水稻。土壤有机质含量24.90 g/kg、全氮1.65 g/kg、碱解氮46.90 mg/kg、速效磷35.29 mg/kg、速效钾184.25 mg/kg，pH值6.23。常规施肥采用烟草专用有机无机复合肥（N-P-K=5-8-12，有机质含量20%）。黄腐酸钾为矿源黄腐酸钾，由新疆双龙腐殖酸有限公司生产（黄腐酸含量52%，氧化钾含量20%）。γ-聚谷氨酸购自北京元嘉禾农业科技有限公司，由台湾味丹企业股份有限公司生产（γ-PGA含量8%）。豆浆为10 kg黄豆加水磨碎，之后密封保存、经腐熟发酵7～10 d后而成（含水率90%、有机质67.43%、碳水化合物35.07%、磷1.46%、钾1.41%）。

1.2 试验设计与田间管理

大田小区试验，采用随机区组设计，共设置4个处理，重复2次。其中，CK：常规施肥；TPFA：常规施肥基础上添加黄腐酸钾；TPGA：常规施肥基础上添加γ-聚谷氨酸；TSRI：常规施肥基础上豆浆灌根。行距120 cm，株距50 cm，小区为4行区，每小区植烟200株左右。

常规施肥处理为起垄前撒施有机无机复合肥1 350 kg/hm2，移栽35 d追施有机无机复合肥750 kg/hm2。黄腐酸钾施用量为3 kg/hm2，施用时用水定容至500 L，每株施用500 mL，于移栽时穴施。用一头削尖直径约5 cm的木棍，在烟株根部附近垂直倾斜30°打孔，将搅拌后的黄腐酸钾溶液均匀灌根，灌后立即用土封口，防止蒸发跑墒。γ-聚谷氨酸于烟株移栽时进行穴施，施用量为150 L/hm2，施用时用水定容至500 L，平均每株施用量500 mL，施用方法与黄腐酸钾相同。豆浆于移栽后30 d时穴施，施用量为150 kg/hm2，施用时用水定容至500 L，平均每株灌根500 mL，施用方法与黄腐酸钾相同。

试验田于3月28日移栽，于烟株第一朵中心花开放50%时打顶。按优质烤烟生产技术进行田间管理。

1.3 测定项目与方法

1.3.1 土样采集 移栽后35 d（团棵期）、65 d（旺长期）和95 d（成熟期）各处理分别随机选取6株生长一致的烟株，从田中小心取出，防止伤及根系，去掉2 cm的表层土壤，轻轻抖动根系外围土壤，即为非根际土；然后慢慢去除根系周围较大土块，用毛刷轻轻从烟株根系表面刷下土壤，即为根际土。每处理的根际土、非根际土分别去除杂物和根系，标记后装入自封袋中，各3份，风干、磨细、过筛后每份取200 g左右，用无菌自封袋标记后保存，用于测定土壤全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷、速效钾、有机质和pH值。

1.3.2 土壤理化性质测定 全氮采用凯氏定氮法，全磷采用酸溶-钼锑抗比色法，全钾采用氢氧化钠熔融法［11］；碱解氮含量采用碱解扩散法测定，速效磷含量采用钼锑抗比色法测定，速效钾含量采用NH4AC浸提-火焰光度法测定［12］；有机质采用干烧法测定［13］；pH值以水为浸提液，用酸度计测定。

1.3.3 根系性状测定 土样采集时各处理选取的烟株，3株用于测定根体积和根系活力，3株用于测定根干重、根鲜重、主根长、不定根数、不定根长、一级侧根数、一级侧根长、二级侧根数、二级侧根长等形态指标。根系鲜重、干重采用称重法测定，根系体积采用排水法测定，根系活力采用氯化三苯基四氮唑（TTC）法［14］测定。侧根条数计算以粗度＞2 mm为标准，须根以粗度＜1 mm为标准。

1.4 数据处理与分析

采用Microsoft Excel 2016软件进行数据整理并作图，利用SPSS 26.0软件对数据进行Oneway ANOVA方差分析和多重比较。

2 结果与分析

2.1 不同促根措施对烤烟根系发育的影响

2.1.1 根系形态特征 不同促根措施对皖南烤烟不同时期烟株的根系形态有不同的效应（表1）。与对照（CK）相比，除豆浆灌根（TSRI）处理在移栽后35 d未观察到不定根外，3种促根措施均可促进烟株主根长、不定根数和一、二级侧根数增加。黄腐酸钾（TPFA）处理在移栽后65 d主根长、二级侧根长显著大于其他处理，植株前期长势旺，表明前期促根促生效应较大。γ-聚谷氨酸（TPGA）和豆浆灌根（TSRI）处理在移栽后65 d的一级侧根数和95 d的主根长指标较高，植株后期长势较旺，与黄腐酸钾处理相比促根效应较迟。

表1 不同处理对烟株根系形态特征的影响

2.1.2 根系生理特性 对不同处理下烤烟根系生理特性的比较（表2）表明，3种促根措施有明显的促根效果。与对照相比，3种促根措施在三个时期均可显著增加根鲜重、根干重和根体积，黄腐酸钾和γ-聚谷氨酸移栽后95 d根体积分别较对照提高94.35%和106.45%。γ-聚谷氨酸处理在团棵期至旺长期（移栽后35 d和65 d）一直保持较高的根系活力，黄腐酸钾和豆浆灌根处理则在成熟期（移栽后95 d）保持较高的根系活力，移栽后95 d较CK分别提高42.55%和26.65%。

表2 不同处理对烟株根系生理特性的影响

2.2 不同促根措施对烤烟根际和非根际土壤养分含量的影响

2.2.1 全量养分含量 由图1 A、B看出，各处理烟株根际和非根际土壤全氮含量随生长进程呈下降趋势。各时期黄腐酸钾处理根际和非根际土壤全氮含量均较低，γ-聚谷氨酸和豆浆灌根处理在95 d根际和非根际土壤全氮含量极显著高于黄腐酸钾处理和对照。说明黄腐酸钾处理处理可促进烟株对氮素的吸收，γ-聚谷氨酸和豆浆灌根处理后期根系周围可保持较高的氮素供应。与对照相比，不同处理烟株根际（图1C）和非根际土壤（图1D）全磷含量有较大差异，黄腐酸钾和豆浆灌根处理根际土壤全磷含量在移栽后35 d和95 d，非根际土壤在移栽后35 d和65 d显著低于对照。γ-聚谷氨酸根际土壤和非根际土壤全磷含量在3种促根措施中，每个时期都表现为较高的含量水平。各处理烟株根际土壤（图1E）和非根际土壤（图1F）全钾含量，随生育期进程呈现逐渐下降的趋势，除豆浆灌根处理根际和非根际土壤全钾含量在各处理中均较低外，处理间差异不显著。

图1 不同处理烟株根际与非根际土壤全量养分含量比较

2.2.2 速效养分含量 根际土壤和非根际土壤速效养分含量可以反映根系对养分的吸收状况。由表3看出，各处理根际和非根际土壤碱解氮含量随生育期的推进呈下降趋势，移栽后35 d，3个促根处理根际和非根际土壤碱解氮含量均极显著低于对照；移栽后65 d，各促根处理碱解氮含量仍低于CK；移栽后95 d，豆浆灌根处理根际土壤显著高于其他处理，黄腐酸钾处理也略高于对照但差异不显著，非根际土壤各处理差异均不显著，说明不同促根措施对烟株前期碱解氮的吸收促进作用更大。

根际和非根际土壤速效磷和速效钾含量不同处理间差别较大（表3），γ-聚谷氨酸处理的速效磷和速效钾含量在根际和非根际均相对较高，显示出肥料增效剂的功效，黄腐酸钾和豆浆灌根处理根际土壤移栽后35 d和95 d，非根际土壤移栽后35 d和65 d速效磷含量显著低于对照，说明这两种促根措施植株根系对速效磷吸收较多。黄腐酸钾处理根际土壤移栽后35 d和95 d，非根际土壤移栽后3个时期速效钾含量显著低于对照，豆浆灌根处理根际土壤3个时期和非根际土壤移栽后95 d速效钾含量显著高于对照。

表3 不同处理烟株根际与非根际土壤速效养分含量比较 （mg/kg）

2.2.3 pH值和有机质含量 由表4看出，不同促根措施对皖南烤烟不同时期烟株根际与非根际土壤pH值的影响没有明显规律，pH值在5.8～6.7之间。整体表现生长前期3个促根处理会不同程度提高土壤pH值，移栽后65 d开始下降，移栽后95 d各处理和对照差异减小。

不同促根措施对烤烟根际与非根际土壤有机质含量的影响则有明显的规律性（表4），黄腐酸钾处理根际与非根际土壤有机质含量在三个时期基本低于对照和其他处理，γ-聚谷氨酸和豆浆灌根处理无论是根际还是非根际土壤有机质含量均高于对照，且多数情况下显著高于对照。

表4 不同处理根际与非根际土壤pH值和有机质含量比较

3 讨论与结论

在皖南烟区本试验不同促根措施均可促进烤烟根系发育，增施黄腐酸钾对植株生长前期的促根效应明显，增施γ-聚谷氨酸和豆浆灌根后期的促根效应明显。本研究中，黄腐酸钾处理在移栽后35 d时，对氮素吸收旺盛，当氮素、黄腐酸含量充足时，可合成较多的蛋白质，加快植物细胞分裂和增长［15］，促进根生长，同时植株的根系形态也会产生相应的变化［16］。本研究中黄腐酸钾处理主根长、根干重、根体积等随生育进程不断增加，而根系活力先升高后降低，与黄泽春等［17］的研究结果一致。

本研究发现，γ-聚谷氨酸处理根际土壤速效磷、速效钾含量在烤烟生长中期均显著高于其它处理，可能与移栽后65 d该处理烟株不定根数和侧根数显著高于其它处理且根干重、根体积和根系活力较高有关；γ-聚谷氨酸处理可快速促根发育，其根系表面积大，根际土养分含量较高，且有研究表明γ-聚谷氨酸对土壤养分具有富集吸附作用［18］。根系生长过程也会调节土壤理化性质，改变养分的有效性［19］，包括根际分泌物与微生物的调节与活化作用等［20］。移栽后35 d，黄腐酸钾处理根际和非根际土壤有机质含量显著降低，而γ-聚谷氨酸和豆浆灌根处理升高，其原因可能与黄腐酸钾肥料本身主要由黄腐酸组成，从而加强了土壤微生物的分解作用［21］。移栽后95 d，豆浆灌根处理根际土速效钾和碱解氮含量均显著高于其它处理，与戴华鑫等［6］的研究结果一致。不同促根措施对烤烟的生长发育与根系分泌物和土壤微生物也有着密不可分的联系，需进一步研究其作用机制。

综上，在皖南烟区正常施肥的基础上增施黄腐酸钾、γ-聚谷氨酸和团棵期豆浆灌根可有效促进烟株根系发育，改变根际和非根际土壤养分含量，促进根系对土壤养分的吸收，具有潜在的推广应用价值。