秸秆还田与灌溉方式对春玉米根冠抗氧化能力的影响

张瑞富，张明伟，杨恒山，张雨珊，提俊阳

（内蒙古民族大学 农学院，内蒙古 通辽028043）

玉米作为粮、经、饲主要作物，促进其高产稳产对我国粮食安全具有重要作用.保证玉米生长发育过程中叶片、根系最佳生理状态是提高产量的关键因素之一.活性氧是植物细胞生理代谢产生的中间产物［1］，其含量过高会对植物细胞造成损伤，使细胞衰老或死亡.在清除植物体内活性氧、维持正常生长中抗氧化酶系统发挥着重要作用［2］，超氧化物歧化酶（SOD）和过氧化物酶（POD）连同植物体内丙二醛含量可共同衡量植物衰老状况.秸秆还田作为改土培肥的重要耕作措施，在提高土壤地力的同时，对作物生理特性也具有调节作用.于宗波等［3］研究表明，在中壤土和砂壤土中秸秆还田配施腐熟剂玉米根系SOD、POD酶活性均显著高于秸秆不还田处理，MDA含量显著低于秸秆不还田处理；萨如拉等［4］研究表明，秸秆还田后可显著提高玉米穗位上部叶片SOD酶活性，降低MDA含量.不同灌溉方式也在不同程度上影响作物生理特性，张皓政等［5］研究表明，轻、中、重干湿交替灌溉方式下，轻干湿交替下粳稻叶片抗氧化酶活性最高；徐一兰等［6］研究表明，间歇灌溉和湿润灌溉可提高植株叶片SOD和POD酶活性.浅埋滴灌作为新兴节水灌溉技术，其春玉米抗氧化酶活性研究仍为空白，本研究通过研究不同秸秆还田方式与不同灌溉方式下春玉米叶片、根系抗氧化酶活性，为浅埋滴灌下春玉米较高抗氧化能力种植模式选择提供参考.

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验在通辽市国家现代农业科技园区（北纬44°13′，东经123°28′）进行，试验地年均降雨量342.0 mm，无霜期149 d，全年日照2 891.7 h.土壤为灰色草甸壤土，0～20 cm耕层有机质含量12.02 g·kg-1，速效氮含量51.71 mg·kg-1，速效钾含量113.19 mg·kg-1，速效磷含量27.4 mg·kg-1.

1.2 试验设计

试验采用裂区设计，主处理为秸秆还田量，设秸秆全量还田（S+）和秸秆离田（S-），副处理为灌溉方式，设传统畦灌（F）和浅埋滴灌（D），各处理设3次重复，共12个小区.以农华101为供试品种，采用大小垄（40 cm、80 cm）种植，密度为7.5万株·hm-2，各处理施肥量一致，2019、2020年均为5月1日播种，10月4日收获，畦灌处理生育期内灌水4次，滴灌处理滴灌7次.

1.3 测定项目与方法

1.3.1 取样

于吐丝期和乳熟期各小区连续选定具有代表性植株3株，取穗位上（穗上第4叶）、穗位（穗位叶）和穗位下（穗下第4叶）叶片各3片，取地下0~20、20~40和40~60 cm土层根系分别放入自封袋中，于保温箱内带回实验室待测.

1.3.2 超氧化物歧化酶（SOD）

采用氮蓝四唑光化还原法测定SOD活性［7］，以反应抑制NBT氧化还原50%酶量为一个酶活力单位（U），酶活性以U·g（FW）-1表示.

1.3.3 过氧化物酶（POD）采用愈创木酚法测定POD活性［8］，每隔1 min读取1次吸光度A470（470 nm），然后以每分钟内A470变化0.01为1个酶活力单位（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测定MDA含量［9］，单位用μmol·g（FW）-1表示.

1.4 数据处理

采用Microsoft Excel 2016对数据进行计算，用DPS软件对数据进行方差分析.

2 结果与分析

2.1 秸秆还田与灌溉方式对春玉米叶片SOD酶活性的影响

2019 年和2020年春玉米叶片SOD酶活性表现为吐丝期＞乳熟期.S+下，除2019年吐丝期穗位上D与F差异不显著外，均为D显著高于F；S-下，除乳熟期穗位上（2019年）和吐丝期穗位（2020年）D与F差异不显著外，均为D显著高于F；F灌溉方式下，2019年除吐丝期穗位上和穗位下S+显著高于S-外，S+与S-差异均不显著，2020年除吐丝期穗位下S+与S-差异不显著外S+均显著高于S-；D灌溉方式下，2019年吐丝期穗位上、穗位下和乳熟期穗位S+与S-差异不显著，其他均表现为S+显著高于S-，2020年各层位各时期S+均显著高于S-（表1）.

表1 春玉米叶片SOD酶活性Tab.1 SOD enzyme activity of spring maize leaves

2.2 秸秆还田与灌溉方式对春玉米叶片POD酶活性的影响

2019 年和2020年春玉米叶片POD酶活性表现为吐丝期＞乳熟期.S+下，除乳熟期穗位下（2019年）和穗位上吐丝期（2020年）D与F差异不显著外，均表现为D显著高于F；S-下，除乳熟期穗位下（2019年）D与F差异不显著外，均表现为D显著高于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期穗位和吐丝期穗位下S+显著高于S-外，S+与S-差异均不显著，2020年S+均显著高于S-；D灌溉方式下，2019年乳熟期穗位上和穗位S+显著高于S-，其他均表现为S+与S-差异不显著，2020年除吐丝期穗位下和乳熟期穗位S+与S-差异不显著外，其他各层位各时期S+均显著高于S-（表2）.

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

2.3 秸秆还田与灌溉方式对春玉米叶片MDA含量的影响

2019 年和2020年春玉米叶片MDA含量表现为乳熟期＞吐丝期.S+下，除2020年吐丝期穗位下D与F差异不显著外，均表现为D显著低于F；S-下均表现为D显著低于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期穗位和穗位下S+显著低于S-外，S+与S-差异均不显著，2020年吐丝期穗位上和乳熟期穗位、穗位下S+显著低于S-，其他处理不同时期不同层位S+与S-差异不显著；D灌溉方式下，2019年吐丝期穗位上、穗位S+与S-差异不显著，其他均表现为S+显著低于S-，2020年除吐丝期穗位下S+与S-差异不显著外，各层位各时期S+均显著低于S-（表3）.

表3 春玉米叶片MDA含量Tab.3 MDA content in leaves of spring maize

2.4 秸秆还田与灌溉方式对春玉米根系SOD酶活性的影响

各土层深度根系SOD酶活性随生育进程呈下降趋势.S+下，吐丝期20~40 cm（2019年）根系和2年乳熟期40~60 cm根系SOD活性D与F差异均不显著，其他处理不同深度不同时期均表现为D显著高于F；S-下，吐丝期20~40 cm、40~60 cm（2019年）和乳熟期40~60 cm（2020年）均表现为D与F差异不显著，其他处理不同深度不同时期均表现为D显著高于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期0~20 cm和40~60 cm S+显著高于S-外，S+与S-差异均不显著，2020年吐丝期20~40 cm、40~60 cm和乳熟期40~60 cm S+与S-差异不显著，其他处理不同深度不同时期均表现为S+显著高于S-；D灌溉方式下，2019年吐丝期0~20 cm、20~40 cm和乳熟期40~60 cm S+与S-差异不显著，其他均表现为S+显著高于S-，2020年除40~60 cm深度根系S+与S-差异不显著外，各深度各时期S+均显著高于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 秸秆还田与灌溉方式对春玉米根系POD酶活性的影响

2019 年和2020年春玉米根系POD酶活性表现为吐丝期＞乳熟期.S+下，不同深度不同时期均表现为D显著高于F；S-下，吐丝期20~40 cm和乳熟期40~60 cm（2020年）表现为D与F差异不显著，其他处理不同深度不同时期均表现为D显著高于F；F灌溉方式下，2019年除乳熟期20~40 cm S+显著高于S-外，S+与S-差异均不显著，2020年吐丝期20~40 cm和乳熟期40~60 cm S+与S-差异不显著，其他处理不同深度不同时期均表现为S+显著高于S-；D灌溉方式下，2019年吐丝期0~20 cm和乳熟期40~60 cm S+显著高于S-，其他均表现为S+与S-差异不显著，2020年除乳熟期20~40 cm深度根系S+与S-差异不显著外，各深度各时期S+均显著高于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 秸秆还田与灌溉方式对春玉米根系MDA含量的影响

2019 年和2020年春玉米根系MDA含量表现为乳熟期＞吐丝期.S+下，除乳熟期40~60 cm（2019年）和吐丝期20~40 cm（2020年）D与F差异不显著外，不同深度不同时期均表现为F显著高于D；S-下，除吐丝期40~60 cm（2019年）和吐丝期20~40 cm（2020年）D与F差异不显著外，不同深度不同时期均表现为F显著高于D；F灌溉方式下，2019年除乳熟期40~60 cm S-显著高于S+外，S+与S-差异均不显著，2020年20~40 cm各时期S+与S-均差异不显著，其他处理不同深度不同时期均表现为S-显著高于S+；D灌溉方式下，2019年乳熟期0~20 cm和40~60 cm各生育时期S+与S-差异不显著，他处理不同深度不同时期均表现为S-显著高于S+，2020年除吐丝期20~40 cm深度根系S+与S-差异不显著外，各深度各时期S-均显著高于S+（表6）.

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

3 讨论与结论

SOD、POD是清除作物体内危害细胞正常代谢活性氧的抗氧化酶，MDA是抗氧化过程中的关键产物，SOD、POD酶活性强弱以及MDA含量高低直接反映着作物抗衰老能力的强弱［10］.张权等［11］研究表明，秸秆还田可显著提高玉米叶片各生育期SOD、POD活性，且MDA含量一直保持在较低水平，维持叶片生育后期较高的生理功能.本研究结果表明，同一灌溉方式下，秸秆还田有利于提高叶片、根系中SOD、POD酶活性，降低MDA含量.秸秆还田后秸秆腐解不仅改善土壤物理性状［12］，还可提高土壤有机物质含量［13］，提高土壤肥力以及持水能力，为玉米生产提供良好的水热环境，促进根系下扎以及提高吸收水分、养分能力，保持玉米生育后期叶片、根系具有较高的生理功能.

不同灌溉方式对玉米抗氧化酶能力影响不同.王吉伟等［14］研究表明，交替灌水较均匀灌水可提高玉米抽雄后7、14、21、28和35 d叶片SOD、POD酶活性，显著降低各时期MDA含量；原丽娜等［15］研究表明，交替灌溉较固定灌溉和均匀灌溉可明显减弱玉米根系受活性氧伤害，交替灌溉下玉米根系中SOD、POD酶活性最高，MDA含量保持较低水平.本研究结果表明，浅埋滴灌较传统畦灌有利于提高叶片、根系中SOD、POD酶活性，降低MDA含量.浅埋滴灌灌溉方式可协调水肥供给能力，肥随水入，根据玉米需水需肥规律实现氮肥后移，使水肥供给在时间、空间上更为合理［16］，为玉米生育后期提供充足的养分和水分，提高水肥利用效率，使得玉米根冠获得更高的抗氧化能力，延缓生育后期衰老.秸秆还田下浅埋滴灌种植吐丝期、乳熟期各层位叶片以及各土层根系SOD、POD酶活性均为最高，MDA含量最低，可作为春玉米获得较高抗氧化能力的适宜种植方式.