秸稈還田與灌溉方式對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

（內蒙古民族大學 農學院，內蒙古 通遼028043）

玉米作為糧、經、飼主要作物，促進其高產穩產對我國糧食安全具有重要作用.保證玉米生長發育過程中葉片、根系最佳生理狀態是提高產量的關鍵因素之一.活性氧是植物細胞生理代謝產生的中間產物［1］，其含量過高會對植物細胞造成損傷，使細胞衰老或死亡.在清除植物體內活性氧、維持正常生長中抗氧化酶系統發揮著重要作用［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，對作物生理特性也具有調節作用.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，間歇灌溉和濕潤灌溉可提高植株葉片SOD和POD酶活性.淺埋滴灌作為新興節水灌溉技術，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 試驗地概況

試驗在通遼市國家現代農業科技園區（北緯44°13′，東經123°28′）進行，試驗地年均降雨量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耕層有機質含量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 試驗設計

試驗采用裂區設計，主處理為秸稈還田量，設秸稈全量還田（S+）和秸稈離田（S-），副處理為灌溉方式，設傳統畦灌（F）和淺埋滴灌（D），各處理設3次重復，共12個小區.以農華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，畦灌處理生育期內灌水4次，滴灌處理滴灌7次.

1.3 測定項目與方法

1.3.1 取樣

于吐絲期和乳熟期各小區連續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，于保溫箱內帶回實驗室待測.

1.3.2 超氧化物歧化酶（SOD）

采用氮藍四唑光化還原法測定SOD活性［7］，以反應抑制NBT氧化還原50%酶量為一個酶活力單位（U），酶活性以U·g（FW）-1表示.

1.3.3 過氧化物酶（POD）采用愈創木酚法測定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A470變化0.01為1個酶活力單位（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定MDA含量［9］，單位用μmol·g（FW）-1表示.

1.4 數據處理

采用Microsoft Excel 2016對數據進行計算，用DPS軟件對數據進行方差分析.

2 結果與分析

2.1 秸稈還田與灌溉方式對春玉米葉片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，其他均表現為S+顯著高于S-，2020年各層位各時期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，均表現為D顯著低于F；S-下均表現為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酶活性隨生育進程呈下降趨勢.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期均表現為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）均表現為D與F差異不顯著，其他處理不同深度不同時期均表現為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期均表現為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酶活性表現為吐絲期＞乳熟期.S+下，不同深度不同時期均表現為D顯著高于F；S-下，吐絲期20~40 cm和乳熟期40~60 cm（2020年）表現為D與F差異不顯著，其他處理不同深度不同時期均表現為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期均表現為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，不同深度不同時期均表現為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，不同深度不同時期均表現為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各時期S+與S-均差異不顯著，其他處理不同深度不同時期均表現為S-顯著高于S+；D灌溉方式下，2019年乳熟期0~20 cm和40~60 cm各生育時期S+與S-差異不顯著，他處理不同深度不同時期均表現為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 討論與結論

SOD、POD是清除作物體內危害細胞正常代謝活性氧的抗氧化酶，MDA是抗氧化過程中的關鍵產物，SOD、POD酶活性強弱以及MDA含量高低直接反映著作物抗衰老能力的強弱［10］.張權等［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］，還可提高土壤有機物質含量［13］，提高土壤肥力以及持水能力，為玉米生產提供良好的水熱環境，促進根系下扎以及提高吸收水分、養分能力，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.本研究結果表明，淺埋滴灌較傳統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調水肥供給能力，肥隨水入，根據玉米需水需肥規律實現氮肥后移，使水肥供給在時間、空間上更為合理［16］，為玉米生育后期提供充足的養分和水分，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.