接種叢枝菌根真菌對采煤沉陷區(qū)側(cè)柏生長的影響

李少朋　畢銀麗　彭星

摘要：為了提高采煤沉陷區(qū)植被覆蓋率和退化土壤生產(chǎn)力，增加礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過在采煤沉陷區(qū)側(cè)柏[Platycladus orientalis（L.） Franco]根系接種叢枝菌根真菌，研究了兩者的共生關(guān)系，并研究接種叢枝菌根真菌對側(cè)柏生長的影響以及菌根生態(tài)效應(yīng)。結(jié)果表明，接種叢枝菌根真菌提高了側(cè)柏根系的菌絲侵染率，接種區(qū)側(cè)柏菌絲侵染率高達75%以上，菌絲密度達到2.26 m/g。接種叢枝菌根真菌促進了側(cè)柏的生長，接種區(qū)側(cè)柏株高平均比未接種區(qū)高出6.83 cm；接種菌根提高了側(cè)柏根系對土壤中速效磷和速效鉀的吸收，改善了側(cè)柏根際的微環(huán)境。

關(guān)鍵詞：側(cè)柏[Platycladus orientalis（L.） Franco]；叢枝菌根真菌；采煤沉陷區(qū)；土壤

中圖分類號：S791.38 文獻標(biāo)識碼：A 文章編號：0439-8114（2016）06-1491-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.032

神東礦區(qū)位于毛烏素沙地的邊緣地帶，介于黃土高原北部與鄂爾多斯高原南部的交界地帶，整個區(qū)域內(nèi)地貌千溝萬壑，土壤沙化嚴重，表土相對貧瘠，肥力欠缺，生物多樣性低[1-4]。加之現(xiàn)代煤炭開采導(dǎo)致大面積地表沉陷，進而導(dǎo)致地表植被和土壤的退化，可耕土地面積逐年變少[5，6]。神東礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理是一個系統(tǒng)工程，采煤塌陷地復(fù)墾和生態(tài)重建必須考慮到可持續(xù)性。隨著中國“生態(tài)文明”理念的提出，對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理和保護已引起政府和企業(yè)的高度重視，各種治理方法相繼出現(xiàn)。神東礦區(qū)采煤沉陷區(qū)由于物理化學(xué)方法治理成本高且可持續(xù)性差，很難大面積推廣應(yīng)用；而生物治理措施是國內(nèi)外比較倡導(dǎo)的方法之一。叢枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是普遍存在于植物根際的生物“菌肥”，其可與80%以上的陸生植物形成共生關(guān)系[7]。大量的研究表明，叢枝菌根真菌可提高宿主的抗旱性[8]、緩解重金屬脅迫[9]、抗鹽害[10]和抗病能力[11]等，促進植物對土壤中養(yǎng)分和水分的吸收[12]?；诖?，試驗對采煤沉陷區(qū)土壤上生長的側(cè)柏[Platycladus orientalis（L.）Franco]根系接種叢枝菌根真菌，研究接種叢枝菌根真菌對側(cè)柏生長的影響及其生態(tài)效應(yīng)，從而為礦區(qū)采煤塌陷地治理提供技術(shù)支持，也為叢枝菌根真菌在礦區(qū)土壤推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

試驗地點位于陜西省神木縣中雞鎮(zhèn)，屬于神東煤礦活雞兔礦井采空塌陷區(qū)的一部分（合計4 050 m2），位于陜北黃土高原溝壑區(qū)與毛烏素沙地交界的邊緣地區(qū)，臨近中大路，交通比較方便。區(qū)域內(nèi)年均氣溫7.3 ℃，年均降雨量在365 mm。該區(qū)氣候冷熱多變，溫差懸殊，風(fēng)沙頻繁，無霜期短，冰凍期長；冬季干旱，夏季暴雨，且雨季集中，蒸發(fā)強烈，年平均蒸發(fā)量是年平均降雨量的4.55～6.72倍。

1.2 材料與處理

試驗選擇側(cè)柏為供試植物，供試叢枝菌根真菌為摩西球囊霉菌（Glomus mosseae），簡稱G.m，G.m由中國礦業(yè)大學(xué)（北京）微生物復(fù)墾實驗室野外擴繁而得。

試驗分別設(shè)接種小區(qū)（+M）和對照小區(qū)（CK），小區(qū)面積50 m2，各重復(fù)3次。2011年5月初種植側(cè)柏，并在+M試驗小區(qū)接種G.m。在2011年9月末分別測定側(cè)柏的株高和冠幅，并按“S”型采樣法在試驗地里均勻選取15個樣點，采集樣點內(nèi)側(cè)柏的根際土壤。

1.3 測定方法

除植株的株高和冠幅在田間采用卷尺測定外，其他的指標(biāo)均在中國礦業(yè)大學(xué)（北京）微生物復(fù)墾實驗室內(nèi)測定。菌絲侵染率采用臺盼藍染色法測定[13]，菌絲密度采用網(wǎng)格交叉法測定[14]，根際土壤pH和電導(dǎo)率（EC）分別利用pH計和電導(dǎo)儀測定，土壤速效磷含量測定采用鉬銻抗比色法測定，土壤速效鉀含量采用火焰光度計法[15]測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

試驗所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件處理并作圖，應(yīng)用DPS 7.05統(tǒng)計分析軟件進行LSD最小顯著法測驗。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種AMF對側(cè)柏株高和冠幅的影響

側(cè)柏是適應(yīng)性較強的常綠喬木，其耐干旱瘠薄、抗鹽堿能力較強，對土壤質(zhì)地要求不高，所以是礦區(qū)復(fù)墾和生態(tài)重建的主要樹種之一。但在干旱半干旱的采煤沉陷區(qū)，現(xiàn)代煤炭開采加劇了土壤水分的流失，從而使植物受干旱的影響加重。試驗測定的接種叢枝菌根真菌側(cè)柏的株高和冠幅比較情況見圖1。從圖1可見，接種區(qū)側(cè)柏的株高比對照區(qū)平均高出6.83 cm，且兩者差異達到了顯著水平（P<0.05）；而接種區(qū)側(cè)拍的冠幅雖然略高于對照區(qū)，但兩者間無顯著差異（P>0.05）。說明接種菌根能擴大側(cè)柏根系與土壤的接觸面積，更有利于側(cè)柏根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用，緩解了水分缺失對側(cè)柏生長的影響。

2.2 接種AMF對側(cè)柏根系菌絲侵染率的影響

叢枝菌根真菌是自然界中普遍存在的一種土壤微生物，陸地上90%以上的有花植物都能夠與它形成菌根共生體，試驗測定的接種叢枝菌根真菌側(cè)柏的根系菌絲侵染率比較情況見圖2。由圖2可見，接種區(qū)側(cè)柏的根系菌絲侵染率顯著高于對照區(qū)（P<0.05），且接種區(qū)側(cè)柏根系的菌絲侵染率高達75%，說明菌根和側(cè)柏根系形成了互惠互利的共生體，反映出試驗所選用的叢枝菌根真菌與側(cè)柏之間的選擇適應(yīng)性是合適的。由于神東礦區(qū)采煤塌陷地的面積較大，采用物理化學(xué)方法對其進行治理所需成本高，而添加化學(xué)物質(zhì)往往會引起土壤再次污染，且不能從根本上解決礦區(qū)植被退化的問題。所以叢枝菌根真菌作為一種良好的生物“菌肥”，在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理中具有較大的應(yīng)用價值和潛力。

2.3 接種AMF對側(cè)柏菌絲密度的影響

菌絲不僅在植物生長和營養(yǎng)吸收方面起促進作用，而且還對提高植物的抗逆性有極大的功效；作為反映菌絲生長能力的一個指標(biāo)，菌絲密度的高低可以反映出菌根對促進植物生長、營養(yǎng)吸收和增強植物抗逆性等方面能力的強弱；菌絲密度越高，菌絲越長，對于植株的影響就越明顯，促進植物生長的能力就越強。試驗測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根系內(nèi)菌絲密度變化的情況見圖3。由圖3可以看出，接種G.m的菌絲密度達到2.26 m/g以上，顯著高于對照（P<0.05）。顯示出叢枝菌根真菌菌絲體增加了根系的生存空間和作用的范圍，更加有利于植物的生長。

2.4 接種AMF對土壤pH和電導(dǎo)率的影響

土壤pH的高低將影響植物的生長，也會影響根際微生物的活動，從而影響到礦區(qū)塌陷地的生態(tài)恢復(fù)效果。試驗測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤pH變化的情況見圖4。從圖4可見，接入?yún)仓婢髠?cè)柏根際土壤的pH要高于對照土壤，并且差異顯著（P<0.05）；可能是因為G.m使得根系分泌出更多的堿性物質(zhì)，或者是土壤表面的氫氧根離子被置換出來造成的。電導(dǎo)率（EC）在生態(tài)學(xué)中通常是以數(shù)字表示溶液傳導(dǎo)電流的能力，反映出基質(zhì)中鹽基離子的濃度，試驗測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤電導(dǎo)率變化的情況見圖5。從圖5可見，接種G.m有利于根際土壤電導(dǎo)率的增加，且顯著高于對照（P<0.05）。說明叢枝菌根真菌增加了土壤的導(dǎo)電能力，使得一些物質(zhì)更加易于運輸，這對于植物根系吸收土壤中的水分和養(yǎng)分是非常有利的。

2.5 接種AMF對土壤速效鉀含量的影響

鉀元素是植物生長過程中不可或缺的大量元素之一，其可以提高光合作用的強度，增強植（作）物的抗逆性和抗病能力，還能提高植（作）物對氮的吸收利用能力，所以提高植物對土壤鉀元素的吸收效率，是礦區(qū)復(fù)墾和生態(tài)重建的核心所在。速效鉀是指在土壤中能夠被植物吸收利用的水溶性鉀和交換性鉀，速效鉀的測定可以確定該地區(qū)土壤鉀供應(yīng)水平以及確定是否需要施用鉀肥及鉀肥用量[16]。試驗測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤里速效鉀含量變化的情況見圖6。從圖6可見，對照處理的側(cè)柏根際土壤中速效鉀含量要高于接G.m處理，并且差異顯著（P<0.05），這可能是G.m菌根菌絲體協(xié)助植物根系將土壤中的速效鉀吸收并轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)所致。神東礦區(qū)由于煤炭開采對土壤質(zhì)地的破壞較大，土壤養(yǎng)分流失較為嚴重，加之該區(qū)位于毛烏素沙地邊緣，土壤養(yǎng)分含量較低，從而影響植物根系對土壤中礦質(zhì)元素的吸收。并且神東礦區(qū)土壤保肥能力較差，通過單一的施肥手段很難實現(xiàn)植物生物量最大化，也不利于從根本上解決土壤貧瘠問題。

2.6 接種AMF對土壤速效磷含量的影響

試驗測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤里速效磷含量變化的情況見圖7。從圖7可見，接種叢枝菌根真菌影響側(cè)柏根系對土壤中有效磷的吸收。接G.m處理與對照處理根際土壤速效磷含量的差異達到顯著水平（P<0.05），尤其是對照土壤中有效磷含量是接G.m處理的2倍，這可能是叢枝菌根真菌和側(cè)柏之間形成了大量的菌絲體，菌絲體提高了植物根系對土壤中速效磷的吸收，加之對照土壤中的pH更接近于中性，這有利于提高土壤磷的有效性，所以根際土壤里速效磷含量少了。磷元素是植物生長必需的大量元素，接種叢枝菌根真菌對土壤中磷的利用大大提高，這有利于礦區(qū)采煤沉陷區(qū)土壤植被的恢復(fù)生長。

3 小結(jié)

1）接種叢枝菌根真菌提高了采煤沉陷區(qū)側(cè)柏根系的菌絲侵染率，5個月后，接種區(qū)側(cè)柏菌絲侵染率高達75%以上，同時菌絲密度達到2.26 m/g。說明試驗所選G.m和側(cè)柏之間保持了較高的共生關(guān)系，G.m適合在神東礦區(qū)推廣應(yīng)用。

2）接種叢枝菌根提高了側(cè)柏的生長能力，接種后側(cè)柏株高顯著高于未接種對照，株高平均比對照高出6.83 cm，促進了側(cè)柏的生長發(fā)育。

3）接種叢枝菌根改善了植物根際的微環(huán)境，使側(cè)柏根際土壤pH和電導(dǎo)率增加顯著。并提高了側(cè)柏對土壤中有效磷和有效鉀的吸收，菌根改善微生態(tài)的效應(yīng)明顯。這對于提高采煤沉陷區(qū)退化土壤的保肥能力和植物生產(chǎn)力、增加礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、進而提高采煤沉陷區(qū)植被覆蓋率等都具有重要的實際意義。

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