薛小嬌，張永清，，張 萌，李婧妤，贠 煜，李平平，張文燕，王 丹，梁 萍

（1. 山西師范大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041004；2. 山西師范大學(xué)地理科學(xué)學(xué)院，山西 臨汾 041004）

黃土高原溝壑區(qū)降水量少且分配不均、水土流失嚴(yán)重、土壤瘠薄、干旱頻發(fā)、糧食產(chǎn)量低而不穩(wěn)等問(wèn)題相繼出現(xiàn)，當(dāng)?shù)氐募Z食需求量與實(shí)際供應(yīng)量之間的矛盾也日益加劇[1]。為了解決這一矛盾，黃土高原部分地區(qū)實(shí)施了治溝造地工程項(xiàng)目。

新造地解決了水土流失問(wèn)題，但在造地過(guò)程中，黃土母質(zhì)性生土出露、土壤結(jié)構(gòu)遭到破壞等再次加劇了新造地土壤貧瘠，尤其是土壤氮、磷含量匱乏，再加上干旱的外部環(huán)境條件，仍阻礙了當(dāng)?shù)剞r(nóng)業(yè)的發(fā)展[2]。因此，研究黃土高原地區(qū)不同水分條件下新造地的土壤培肥效果具有重要的理論與現(xiàn)實(shí)意義。苦蕎具有豐富而獨(dú)特的營(yíng)養(yǎng)價(jià)值和藥用價(jià)值，被稱(chēng)為“五谷之王”“藥用之王”[3]。另外，苦蕎具有抗旱、耐瘠薄、生育期較短、適應(yīng)能力強(qiáng)等特點(diǎn)，在干旱半干旱地區(qū)具有明顯的種植優(yōu)勢(shì)。因此，在黃土高原地區(qū)新造地種植苦蕎具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。水分與磷素在植物生長(zhǎng)發(fā)育過(guò)程中均起著至關(guān)重要的作用，直接影響植物的生長(zhǎng)和代謝，并且二者之間的關(guān)系十分密切。水分直接影響植物對(duì)磷的吸收利用；磷可以在一定程度上降低干旱脅迫對(duì)植物的傷害[4‐5]，改變磷肥的施用深度可以提高磷肥的利用效率并最終增加作物產(chǎn)量[6]。目前，關(guān)于苦蕎的研究主要集中在藥用與營(yíng)養(yǎng)價(jià)值[7‐8]、種質(zhì)資源[9]、栽培措施[10]、金屬元素和鹽類(lèi)對(duì)其的影響[11‐12]等方面，對(duì)水分脅迫等逆境響應(yīng)方面的研究較少[13]，關(guān)于水分脅迫和施磷深度的交互作用對(duì)苦蕎產(chǎn)量等的影響研究鮮見(jiàn)報(bào)道。為此，采用根管土柱試驗(yàn)，探討新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎抗氧化特性及產(chǎn)量的影響，以期為苦蕎旱地栽培提供技術(shù)支持和理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試苦蕎品種為黑豐1 號(hào)，由山西省農(nóng)業(yè)科學(xué)院大同高寒作物研究所提供。

為模擬造地過(guò)程導(dǎo)致的生土出露，供試土壤取自距離地表3 m 以下養(yǎng)分含量較低的生土，土壤田間持水量為22.1%，有機(jī)質(zhì)含量為2.27 g/kg，全氮含量為0.04 g/kg，速效磷含量為2.31 mg/kg，速效鉀含量為90.98 mg/kg。根管土柱試驗(yàn)所用根管為直徑25 cm、高50 cm 的PVC 管，試驗(yàn)實(shí)施時(shí)將PVC 管底部用剪裁好的塑料布封底，埋入土坑中，使PVC 管上沿高出地面約5 cm，每土柱裝風(fēng)干土30 kg。氮、磷、鉀肥分別采用尿素（含N 46%）、過(guò)磷酸鈣（含P2O515%）、氯化鉀（含K2O 52%）。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)

試驗(yàn)設(shè)置水分脅迫（W）和施磷深度（P）2 個(gè)因素。水分脅迫設(shè)正常供水（W1）：控制土壤含水量為田間持水量的65%～75%；中度干旱（W2）：控制土壤含水量為田間持水量的45%～55%；重度干旱（W3）：控制土壤含水量為田間持水量的35%～45%。施磷深度設(shè)磷肥全部施在距離地表10 cm 處（P10），磷肥全部施在距離地表20 cm處（P20），磷肥全部施在距離地表30 cm 處（P30），10、20、30 cm 3層均勻施入磷肥（P-all）。試驗(yàn)共設(shè)12 個(gè)處理，每個(gè)處理重復(fù)8 次，共96 個(gè)土柱。試驗(yàn)實(shí)施時(shí)，把事先稱(chēng)好的等量的氮、磷、鉀肥與過(guò)好篩的沙土攪拌均勻倒入各個(gè)土柱中，N、P2O5、K2O 用量分別為0.2、0.2、0.2 g/kg。播種前，選取大小均一、飽滿(mǎn)健康的苦蕎種子，用3% H2O2溶液消毒5 min，然后用蒸餾水沖洗3 次并浸泡24 h，于2019 年5 月10 日按常規(guī)方法播種，每土柱播種21 粒，所有土柱等量澆水以保證種子順利出苗。待兩葉一心時(shí)間苗，每土柱留苗6株，隨機(jī)排列，三葉一心時(shí)開(kāi)始分梯度控水。通過(guò)稱(chēng)質(zhì)量法控制水分，每天按時(shí)稱(chēng)質(zhì)量，對(duì)水分含量下降到水分指標(biāo)下限的土柱進(jìn)行定量澆水，使各土柱維持在對(duì)應(yīng)的土壤含水量?？厮陂g，雨天使用塑料薄膜進(jìn)行遮雨，以防自然降水影響試驗(yàn)結(jié)果。處理55 d（盛花期）后開(kāi)始測(cè)定相關(guān)指標(biāo)。

1.3 根系樣品采集

盛花期，將土柱挖出，取3 次重復(fù)，用切割機(jī)打開(kāi)PVC 管，隨后分別截取0～10、10～20、20～30、30～45 cm 土層，將截取下來(lái)的土層依次放在孔徑為0.355 mm 的尼龍布中，用水反復(fù)沖洗，直至將泥土全部沖洗掉，只留下根系，用流水將根系沖洗干凈，然后迅速帶回實(shí)驗(yàn)室，放在冰箱保存?zhèn)溆谩?/p>

1.4 測(cè)定項(xiàng)目及方法

1.4.1 抗氧化特性指標(biāo) 超氧化物歧化酶（Superoxide dismutase，SOD）活性用氮藍(lán)四唑法測(cè)定[14]，過(guò)氧化物酶（Peroxidase，POD）活性采用愈創(chuàng)木酚比色法測(cè)定[14]，丙二醛（Molondialdehyde，MDA）含量采用硫代巴比妥酸法測(cè)定[14]。

1.4.2 產(chǎn)量及其構(gòu)成因素 成熟期，在每個(gè)處理中挑選苦蕎長(zhǎng)勢(shì)均勻的3根土柱，將地上部截取下來(lái)，在每根土柱中挑選長(zhǎng)勢(shì)均勻的1株植株測(cè)定主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)，然后采用稱(chēng)質(zhì)量法計(jì)算產(chǎn)量和千粒質(zhì)量。

1.5 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2010 和SPSS 19.0 軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，使用LSD法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行差異顯著性比較。

2 結(jié)果與分析

2.1 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎根系抗氧化特性的影響

2.1.1 SOD 活性 方差分析結(jié)果（表1）表明，水分脅迫、施磷深度及二者的交互作用對(duì)苦蕎盛花期不同深度（0～10、10～20、20～30、30～45 cm）土層根系SOD 活性的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。Pall 處理苦蕎根系SOD 活性隨著土層深度增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在20～30 cm 處達(dá)到最高值；P10處理根系SOD活性隨著土層深度增加總體上呈升—降—升的趨勢(shì)，在10～20 cm 處達(dá)到最高值；P20處理根系SOD活性隨著土層深度增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在20～30 cm 處達(dá)到最高值；P30 處理根系SOD 活性隨著土層深度增加呈升高的趨勢(shì)，在30～45 cm 處達(dá)到最高值。隨著水分脅迫程度的加劇，不同土層深度苦蕎根系SOD 活性總體呈先升高后降低的趨勢(shì)，說(shuō)明一定水分脅迫可誘導(dǎo)苦蕎根系SOD 活性增強(qiáng)，有效清除活性氧，阻止膜脂過(guò)氧化。根系SOD活性的峰值出現(xiàn)在W2處理，與W1處理相比，W2 處理0～10、10～20、20～30、30～45 cm土層根系SOD 活性分別平均提高33.71%、42.62%、46.77%、41.32%。各處理苦蕎根系SOD 活性均在施磷層達(dá)到最高，且深層施磷會(huì)提高下層根系SOD 活性。無(wú)論在哪種水分條件下，在0～10 cm 處，P-all處理苦蕎根系SOD 活性均顯著高于其他3 個(gè)處理，其他3 個(gè)處理間差異不顯著；在10～20 cm 處，4 個(gè)施磷處理間差異顯著，P10處理根系SOD活性最高；在20～30 cm 處，P-all 處理根系SOD 活性與P30 處理差異不顯著，其余各處理間差異顯著，P20處理根系SOD 活性最高；在30～45 cm 處，4 個(gè)施磷處理根系SOD活性差異顯著，P30處理最高。

表1 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎根系SOD活性的影響Tab.1 Effect of phosphorus application depth in newly planted field on SOD activity of roots of Tartary buckwheat under water stressU/g

2.1.2 POD活性 由表2可知，水分脅迫、施磷深度及二者的交互作用對(duì)苦蕎盛花期不同深度（0～10、10～20、20～30、30～45 cm）土層根系POD 活性的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。P-all 處理苦蕎根系POD 活性隨著土層深度增加總體上呈降—升—降的趨勢(shì)，在0～10 cm處達(dá)到最高值；P10處理根系POD 活性隨著土層深度增加呈升—降—升的趨勢(shì)，在10～20 cm 處達(dá)到最高值；P20 處理根系POD 活性隨著土層深度增加呈先升高后降低的趨勢(shì)，在20～30 cm處達(dá)到最高值；P30處理根系POD活性隨著土層深度增加呈升高的趨勢(shì)，在30～45 cm 處達(dá)到最高值。隨著水分脅迫程度的增加，苦蕎根系POD 活性呈先升高后降低的趨勢(shì)，W2 處理根系POD 活性最高，0～10、10～20、20～30、30～45 cm土層比W1 處理分別平均提高43.73%、41.55%、39.42%、42.03%。磷肥的施用有利于施磷層根系POD 活性的提高，無(wú)論在哪種水分條件下，苦蕎根系POD 活性均在施磷層達(dá)到最高，深施磷肥有利于提高深層根系POD 活性。綜上，無(wú)論水分條件如何，磷肥的施用都有利于施磷層苦蕎根系POD 活性的提高，降低根細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度，從而保持膜的穩(wěn)定性。無(wú)論在哪種水分條件下，在0～10、20～30 cm 土層各施磷處理間差異均達(dá)到顯著水平；在10～20 cm，除P20 處理與P30 處理間差異不顯著外，其余各處理間差異均達(dá)到顯著水平；在30～45 cm 處，除P-all處理與P10處理間差異不顯著外，其余各處理間差異均達(dá)到顯著水平。

表2 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎根系POD活性的影響Tab.2 Effect of phosphorus application depth in newly planted field on POD activity of roots of Tartary buckwheat under water stressU/（g·min）

續(xù)表2 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎根系POD活性的影響Tab.2（Continued） Effect of phosphorus application depth in newly planted field on POD activity of roots of Tartary buckwheat under water stressU/（g·min）

2.1.3 MDA 含量 由表3 可知，水分脅迫、施磷深度及二者的交互作用對(duì)苦蕎盛花期不同深度（0～10、10～20、20～30、30～45 cm）土層根系MDA 含量的影響均達(dá)到顯著或極顯著水平。隨著水分脅迫程度的增加，苦蕎根系MDA含量均呈顯著增加的趨勢(shì)。與W1 處理相比，W2 處理0～10、10～20、20～30、30～45 cm 土層根系MDA 含量分別平均提高31.38%、12.08%、4.27%、0.88%，W3處理分別平均提高39.70%、24.66%、12.32%、14.59%。無(wú)論在哪種水分條件下，MDA 含量總體上均在磷肥施用層達(dá)到最低值，且P20 處理20～30 cm 土層根系MDA 含量達(dá)到最低，說(shuō)明施用磷肥可有效減緩逆境脅迫帶來(lái)的傷害。施磷深度的改變對(duì)苦蕎根系MDA 含量也產(chǎn)生極大影響。表層施磷處理苦蕎根系MDA 含量顯著高于中下層施磷處理，說(shuō)明適當(dāng)深施磷肥可以有效地延緩苦蕎根系的衰老進(jìn)程。無(wú)論在哪種水分條件下，在0～10、10～20、20～30、30～45 cm 土層，P-all、P10、P20、P30 處理根系MDA 含量總體上均差異顯著。

表3 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎根系MDA含量的影響Tab.3 Effect of phosphorus application depth in newly planted field on MDA content of roots of Tartary buckwheat under water stressnmol/g

2.2 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響

從表4可以看出，水分脅迫、施磷深度以及兩者的交互作用均極顯著影響苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量。隨著水分脅迫程度的增加，苦蕎的主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均呈顯著降低的趨勢(shì)，且均以P20處理最高，說(shuō)明適當(dāng)深施磷肥能夠有效提高苦蕎產(chǎn)量。與W1 處理相比，W2 處理苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量分別平均降低11.28%、20.95%、5.64%、8.05%，W3 處理分別平均降低23.77%、35.30%、9.66%、14.13%。無(wú)論在哪種水分條件下，與P10 處理相比，P20 處理均顯著增加苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量，而P30處理則顯著降低苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量，這可能是因?yàn)樵诔墒炱?，苦蕎的大部分根系都能深扎到20 cm處，根系能吸收到足夠的磷肥，供應(yīng)苦蕎的正常生長(zhǎng)，而只有部分根系能扎到30 cm 深處，根系沒(méi)有吸收到足夠的磷肥，從而影響了苦蕎的正常生長(zhǎng)。施磷處理苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均表現(xiàn)為P20>P-all>P10>P30；水分脅迫處理苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量均表現(xiàn)為W1>W2>W3；所有處理中，W1P20 處理苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量、產(chǎn)量最高。

表4 新造地施磷深度對(duì)水分脅迫下苦蕎產(chǎn)量及其構(gòu)成因素的影響Tab.4 Effect of phosphorus application depth in newly planted field on yield and its components of Tartary buckwheat under water stress

3 結(jié)論與討論

本研究結(jié)果表明，水分脅迫、施磷深度及二者交互作用對(duì)苦蕎盛花期根系抗氧化特性、產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均有顯著或極顯著影響。水分脅迫影響苦蕎生長(zhǎng)，但適當(dāng)深施磷肥能夠有效地提高施磷層以及下層根系抗氧化特性，這與前人[15]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，在苦蕎盛花時(shí)期，無(wú)論在哪種水分條件下，P20處理20～30 cm土層根系抗氧化酶活性達(dá)到最高，P20、P30 處理有助于下層根系抗氧化特性的提高。在成熟期，P20 處理苦蕎產(chǎn)量及其構(gòu)成因素均達(dá)到最高，這可能是因?yàn)樵诳嗍w生育后期，隨著根系的生長(zhǎng)，會(huì)出現(xiàn)“根覓肥”的現(xiàn)象，深施磷層附近的根系會(huì)增多，從而會(huì)提高水肥的利用效率，最終實(shí)現(xiàn)增產(chǎn)的目的，這與康利允等[16]、薛小嬌等[17]的研究結(jié)果相一致。

水是作物生長(zhǎng)不可缺少的因素之一，當(dāng)作物受到水分脅迫時(shí)，其正常的生命活動(dòng)將受到影響甚至死亡[18]。作物處于逆境時(shí)，自身會(huì)產(chǎn)生一系列的生理生化反應(yīng)來(lái)適應(yīng)各種逆境脅迫[19]。水分脅迫會(huì)直接影響作物根系抗氧化酶活性、MDA 含量，同時(shí)也會(huì)影響產(chǎn)量。SOD、POD 作為活性氧防御系統(tǒng)的重要酶，擔(dān)負(fù)著清除活性氧自由基的重要功能，避免細(xì)胞膜受到傷害[20]。研究發(fā)現(xiàn)，水分脅迫下SOD 和POD 活性的增強(qiáng)對(duì)保持活性氧代謝平衡、保護(hù)膜結(jié)構(gòu)功能具有重要作用[21‐22]。在水分脅迫條件下，酶的活性越高，植物抗逆性越強(qiáng)[23‐24]。MDA 含量是衡量細(xì)胞膜脂過(guò)氧化程度的重要指標(biāo)[25]。在相同施磷深度下，隨著水分脅迫程度的增加，苦蕎盛花期根系SOD、POD 活性總體上均呈先升高后降低的趨勢(shì)，這與張翠梅等[26]的研究結(jié)果一致。本研究發(fā)現(xiàn)，隨著水分脅迫程度的增加，各處理不同土層根系MDA 含量均逐漸增加，這與牛素貞等[27]的研究結(jié)果一致，說(shuō)明苦蕎細(xì)胞遭受到的膜脂過(guò)氧化作用越來(lái)越強(qiáng)，并開(kāi)始遭受一定程度的毒害。產(chǎn)量可以直接體現(xiàn)作物受到逆境脅迫傷害的程度。本研究結(jié)果表明，在水分脅迫條件下，苦蕎主莖分枝數(shù)、單株粒數(shù)、千粒質(zhì)量和產(chǎn)量均隨著水分脅迫程度的增加顯著降低，說(shuō)明水分供應(yīng)不足會(huì)影響肥料的吸收與利用，對(duì)作物生長(zhǎng)不利，這與前人[28]研究結(jié)果一致。

從不同施磷深度看，無(wú)論水分條件如何，適當(dāng)深施磷肥均會(huì)提高苦蕎盛花期根系SOD、POD 活性,降低MDA 含量，且均在施磷層達(dá)到最佳，表明無(wú)論灌溉與否，均可通過(guò)改變磷肥的施用深度來(lái)提高抗氧化酶活性，從而減輕作物細(xì)胞膜受傷害的程度，這與張永清等[29]的研究結(jié)果一致。在本試驗(yàn)條件下，將磷肥施在20 cm 處，最有利于苦蕎產(chǎn)量的提高。