秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米根冠抗氧化能力的影響

張瑞富，張明偉，楊恒山，張雨珊，提俊陽

（內(nèi)蒙古民族大學(xué) 農(nóng)學(xué)院，內(nèi)蒙古 通遼028043）

玉米作為糧、經(jīng)、飼主要作物，促進(jìn)其高產(chǎn)穩(wěn)產(chǎn)對(duì)我國(guó)糧食安全具有重要作用.保證玉米生長(zhǎng)發(fā)育過程中葉片、根系最佳生理狀態(tài)是提高產(chǎn)量的關(guān)鍵因素之一.活性氧是植物細(xì)胞生理代謝產(chǎn)生的中間產(chǎn)物［1］，其含量過高會(huì)對(duì)植物細(xì)胞造成損傷，使細(xì)胞衰老或死亡.在清除植物體內(nèi)活性氧、維持正常生長(zhǎng)中抗氧化酶系統(tǒng)發(fā)揮著重要作用［2］，超氧化物歧化酶（SOD）和過氧化物酶（POD）連同植物體內(nèi)丙二醛含量可共同衡量植物衰老狀況.秸稈還田作為改土培肥的重要耕作措施，在提高土壤地力的同時(shí)，對(duì)作物生理特性也具有調(diào)節(jié)作用.于宗波等［3］研究表明，在中壤土和砂壤土中秸稈還田配施腐熟劑玉米根系SOD、POD酶活性均顯著高于秸稈不還田處理，MDA含量顯著低于秸稈不還田處理；薩如拉等［4］研究表明，秸稈還田后可顯著提高玉米穗位上部葉片SOD酶活性，降低MDA含量.不同灌溉方式也在不同程度上影響作物生理特性，張皓政等［5］研究表明，輕、中、重干濕交替灌溉方式下，輕干濕交替下粳稻葉片抗氧化酶活性最高；徐一蘭等［6］研究表明，間歇灌溉和濕潤(rùn)灌溉可提高植株葉片SOD和POD酶活性.淺埋滴灌作為新興節(jié)水灌溉技術(shù)，其春玉米抗氧化酶活性研究仍為空白，本研究通過研究不同秸稈還田方式與不同灌溉方式下春玉米葉片、根系抗氧化酶活性，為淺埋滴灌下春玉米較高抗氧化能力種植模式選擇提供參考.

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)地概況

試驗(yàn)在通遼市國(guó)家現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技園區(qū)（北緯44°13′，東經(jīng)123°28′）進(jìn)行，試驗(yàn)地年均降雨量342.0 mm，無霜期149 d，全年日照2 891.7 h.土壤為灰色草甸壤土，0～20 cm耕層有機(jī)質(zhì)含量12.02 g·kg-1，速效氮含量51.71 mg·kg-1，速效鉀含量113.19 mg·kg-1，速效磷含量27.4 mg·kg-1.

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)采用裂區(qū)設(shè)計(jì)，主處理為秸稈還田量，設(shè)秸稈全量還田（S+）和秸稈離田（S-），副處理為灌溉方式，設(shè)傳統(tǒng)畦灌（F）和淺埋滴灌（D），各處理設(shè)3次重復(fù)，共12個(gè)小區(qū).以農(nóng)華101為供試品種，采用大小壟（40 cm、80 cm）種植，密度為7.5萬株·hm-2，各處理施肥量一致，2019、2020年均為5月1日播種，10月4日收獲，畦灌處理生育期內(nèi)灌水4次，滴灌處理滴灌7次.

1.3 測(cè)定項(xiàng)目與方法

1.3.1 取樣

于吐絲期和乳熟期各小區(qū)連續(xù)選定具有代表性植株3株，取穗位上（穗上第4葉）、穗位（穗位葉）和穗位下（穗下第4葉）葉片各3片，取地下0~20、20~40和40~60 cm土層根系分別放入自封袋中，于保溫箱內(nèi)帶回實(shí)驗(yàn)室待測(cè).

1.3.2 超氧化物歧化酶（SOD）

采用氮藍(lán)四唑光化還原法測(cè)定SOD活性［7］，以反應(yīng)抑制NBT氧化還原50%酶量為一個(gè)酶活力單位（U），酶活性以U·g（FW）-1表示.

1.3.3 過氧化物酶（POD）采用愈創(chuàng)木酚法測(cè)定POD活性［8］，每隔1 min讀取1次吸光度A470（470 nm），然后以每分鐘內(nèi)A470變化0.01為1個(gè)酶活力單位（U），酶活性以U·g（FW）-1·min-1表示.

1.3.4 丙二醛（MDA）采用硫代巴比妥酸比色法測(cè)定MDA含量［9］，單位用μmol·g（FW）-1表示.

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2016對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算，用DPS軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行方差分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米葉片SOD酶活性的影響

2019 年和2020年春玉米葉片SOD酶活性表現(xiàn)為吐絲期＞乳熟期.S+下，除2019年吐絲期穗位上D與F差異不顯著外，均為D顯著高于F；S-下，除乳熟期穗位上（2019年）和吐絲期穗位（2020年）D與F差異不顯著外，均為D顯著高于F；F灌溉方式下，2019年除吐絲期穗位上和穗位下S+顯著高于S-外，S+與S-差異均不顯著，2020年除吐絲期穗位下S+與S-差異不顯著外S+均顯著高于S-；D灌溉方式下，2019年吐絲期穗位上、穗位下和乳熟期穗位S+與S-差異不顯著，其他均表現(xiàn)為S+顯著高于S-，2020年各層位各時(shí)期S+均顯著高于S-（表1）.

表1 春玉米葉片SOD酶活性Tab.1 SOD enzyme activity of spring maize leaves

2.2 秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米葉片POD酶活性的影響

2019 年和2020年春玉米葉片POD酶活性表現(xiàn)為吐絲期＞乳熟期.S+下，除乳熟期穗位下（2019年）和穗位上吐絲期（2020年）D與F差異不顯著外，均表現(xiàn)為D顯著高于F；S-下，除乳熟期穗位下（2019年）D與F差異不顯著外，均表現(xiàn)為D顯著高于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期穗位和吐絲期穗位下S+顯著高于S-外，S+與S-差異均不顯著，2020年S+均顯著高于S-；D灌溉方式下，2019年乳熟期穗位上和穗位S+顯著高于S-，其他均表現(xiàn)為S+與S-差異不顯著，2020年除吐絲期穗位下和乳熟期穗位S+與S-差異不顯著外，其他各層位各時(shí)期S+均顯著高于S-（表2）.

表2 春玉米葉片POD酶活性Tab.2 POD enzyme activity in leaves of spring maize

2.3 秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米葉片MDA含量的影響

2019 年和2020年春玉米葉片MDA含量表現(xiàn)為乳熟期＞吐絲期.S+下，除2020年吐絲期穗位下D與F差異不顯著外，均表現(xiàn)為D顯著低于F；S-下均表現(xiàn)為D顯著低于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期穗位和穗位下S+顯著低于S-外，S+與S-差異均不顯著，2020年吐絲期穗位上和乳熟期穗位、穗位下S+顯著低于S-，其他處理不同時(shí)期不同層位S+與S-差異不顯著；D灌溉方式下，2019年吐絲期穗位上、穗位S+與S-差異不顯著，其他均表現(xiàn)為S+顯著低于S-，2020年除吐絲期穗位下S+與S-差異不顯著外，各層位各時(shí)期S+均顯著低于S-（表3）.

表3 春玉米葉片MDA含量Tab.3 MDA content in leaves of spring maize

2.4 秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米根系SOD酶活性的影響

各土層深度根系SOD酶活性隨生育進(jìn)程呈下降趨勢(shì).S+下，吐絲期20~40 cm（2019年）根系和2年乳熟期40~60 cm根系SOD活性D與F差異均不顯著，其他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為D顯著高于F；S-下，吐絲期20~40 cm、40~60 cm（2019年）和乳熟期40~60 cm（2020年）均表現(xiàn)為D與F差異不顯著，其他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為D顯著高于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期0~20 cm和40~60 cm S+顯著高于S-外，S+與S-差異均不顯著，2020年吐絲期20~40 cm、40~60 cm和乳熟期40~60 cm S+與S-差異不顯著，其他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為S+顯著高于S-；D灌溉方式下，2019年吐絲期0~20 cm、20~40 cm和乳熟期40~60 cm S+與S-差異不顯著，其他均表現(xiàn)為S+顯著高于S-，2020年除40~60 cm深度根系S+與S-差異不顯著外，各深度各時(shí)期S+均顯著高于S-（表4）.

表4 春玉米根系SOD酶活性Tab.4 SOD enzyme activity of spring maize roots

2.5 秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米根系POD酶活性的影響

2019 年和2020年春玉米根系POD酶活性表現(xiàn)為吐絲期＞乳熟期.S+下，不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為D顯著高于F；S-下，吐絲期20~40 cm和乳熟期40~60 cm（2020年）表現(xiàn)為D與F差異不顯著，其他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為D顯著高于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期20~40 cm S+顯著高于S-外，S+與S-差異均不顯著，2020年吐絲期20~40 cm和乳熟期40~60 cm S+與S-差異不顯著，其他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為S+顯著高于S-；D灌溉方式下，2019年吐絲期0~20 cm和乳熟期40~60 cm S+顯著高于S-，其他均表現(xiàn)為S+與S-差異不顯著，2020年除乳熟期20~40 cm深度根系S+與S-差異不顯著外，各深度各時(shí)期S+均顯著高于S-（表5）.

表5 春玉米根系POD酶活性Tab.5 POD enzyme activity of spring maize roots

2.6 秸稈還田與灌溉方式對(duì)春玉米根系MDA含量的影響

2019 年和2020年春玉米根系MDA含量表現(xiàn)為乳熟期＞吐絲期.S+下，除乳熟期40~60 cm（2019年）和吐絲期20~40 cm（2020年）D與F差異不顯著外，不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為F顯著高于D；S-下，除吐絲期40~60 cm（2019年）和吐絲期20~40 cm（2020年）D與F差異不顯著外，不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為F顯著高于D；F灌溉方式下，2019年除乳熟期40~60 cm S-顯著高于S+外，S+與S-差異均不顯著，2020年20~40 cm各時(shí)期S+與S-均差異不顯著，其他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為S-顯著高于S+；D灌溉方式下，2019年乳熟期0~20 cm和40~60 cm各生育時(shí)期S+與S-差異不顯著，他處理不同深度不同時(shí)期均表現(xiàn)為S-顯著高于S+，2020年除吐絲期20~40 cm深度根系S+與S-差異不顯著外，各深度各時(shí)期S-均顯著高于S+（表6）.

表6 春玉米根系MDA含量Tab.6 MDA content in spring maize roots

3 討論與結(jié)論

SOD、POD是清除作物體內(nèi)危害細(xì)胞正常代謝活性氧的抗氧化酶，MDA是抗氧化過程中的關(guān)鍵產(chǎn)物，SOD、POD酶活性強(qiáng)弱以及MDA含量高低直接反映著作物抗衰老能力的強(qiáng)弱［10］.張權(quán)等［11］研究表明，秸稈還田可顯著提高玉米葉片各生育期SOD、POD活性，且MDA含量一直保持在較低水平，維持葉片生育后期較高的生理功能.本研究結(jié)果表明，同一灌溉方式下，秸稈還田有利于提高葉片、根系中SOD、POD酶活性，降低MDA含量.秸稈還田后秸稈腐解不僅改善土壤物理性狀［12］，還可提高土壤有機(jī)物質(zhì)含量［13］，提高土壤肥力以及持水能力，為玉米生產(chǎn)提供良好的水熱環(huán)境，促進(jìn)根系下扎以及提高吸收水分、養(yǎng)分能力，保持玉米生育后期葉片、根系具有較高的生理功能.

不同灌溉方式對(duì)玉米抗氧化酶能力影響不同.王吉偉等［14］研究表明，交替灌水較均勻灌水可提高玉米抽雄后7、14、21、28和35 d葉片SOD、POD酶活性，顯著降低各時(shí)期MDA含量；原麗娜等［15］研究表明，交替灌溉較固定灌溉和均勻灌溉可明顯減弱玉米根系受活性氧傷害，交替灌溉下玉米根系中SOD、POD酶活性最高，MDA含量保持較低水平.本研究結(jié)果表明，淺埋滴灌較傳統(tǒng)畦灌有利于提高葉片、根系中SOD、POD酶活性，降低MDA含量.淺埋滴灌灌溉方式可協(xié)調(diào)水肥供給能力，肥隨水入，根據(jù)玉米需水需肥規(guī)律實(shí)現(xiàn)氮肥后移，使水肥供給在時(shí)間、空間上更為合理［16］，為玉米生育后期提供充足的養(yǎng)分和水分，提高水肥利用效率，使得玉米根冠獲得更高的抗氧化能力，延緩生育后期衰老.秸稈還田下淺埋滴灌種植吐絲期、乳熟期各層位葉片以及各土層根系SOD、POD酶活性均為最高，MDA含量最低，可作為春玉米獲得較高抗氧化能力的適宜種植方式.