晉華宮人工復(fù)墾煤矸石山不同植物叢枝菌根真菌狀況

李俠 梁露 杜世杰

摘要 煤矸石大量堆積造成了礦區(qū)生態(tài)被嚴(yán)重破壞，AMF能提高植物在逆境條件下存活和生長(zhǎng)的能力。以大同晉華宮人工修復(fù)礦煤矸石山（修復(fù)年限10～20年）為研究對(duì)象，采集了獨(dú)行菜、冰草、針茅等10種不同植物根系，研究這10種植物根系叢枝菌根真菌侵染情況、根際土壤叢枝菌根真菌孢子密度及理化性質(zhì)。結(jié)果表明，不同植物根系侵染狀況沒(méi)有達(dá)到顯著差異，而根際土壤的孢子密度和pH差異顯著，且植物根系侵染率與根際土壤的孢子密度呈顯著正相關(guān)。

關(guān)鍵詞 煤矸石山；孢子密度；侵染率；理化性質(zhì)

中圖分類(lèi)號(hào)：X172 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：2095-3305（2018）04-031-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.012

Abstract The massive accumulation of coal gangue has caused serious damage to the mining area environment. AMF can improve the ability of plants to survive and grow under stress conditions. In this paper， an artificial restoration of gangue mountain in Datong Jinhua Palace for about 10-20 years was chosen to collect ten different plant roots， such as Lepidium apetalum， Agropyron cristatum and Stipa capillata， and the infection status of arbuscular mycorrhizal fungi of the ten plants， the density of AMF and physicochemical properties of plant rhizosphere soil were studied. The results showed that the infection status of different plant roots did not reach significant difference， but the difference of spore density and pH value in root soil were significant， and the infection rate of plant root system was positively correlated with the density of spore density in plant rhizosphere soil.

Key words Coal gangue hill； Spore density； Infection rate； Physical and chemical properties

大同地區(qū)煤礦資源豐富，被稱(chēng)為“煤都”，但是由于過(guò)去長(zhǎng)期的開(kāi)采，煤矸石大量堆積造成了礦區(qū)生態(tài)被嚴(yán)重破壞[1]。植物修復(fù)價(jià)格低廉，對(duì)環(huán)境擾動(dòng)少，近年來(lái)植物修復(fù)煤矸石山污染已成為一個(gè)研究熱點(diǎn)[2]，然而由于煤矸石山水分及氮、磷等養(yǎng)分含量低，植物生長(zhǎng)困難[3]。叢枝菌根真菌（ArbuscularMycorrhizal Fungi，AMF）能夠促進(jìn)植物對(duì)土壤中元素的吸收[4]，提高植物在逆境條件下存活和生長(zhǎng)的能力[5-6]，而目前關(guān)于AMF技術(shù)應(yīng)用到煤矸石山生態(tài)恢復(fù)中的研究較少，且所選用的AMF菌種也極少來(lái)源于煤礦區(qū)土壤。筆者以大同晉華宮礦煤矸石山植物為研究對(duì)象，研究不同植物AMF侵染情況以及根際土壤的理化性質(zhì)，希望為矸石的生態(tài)恢復(fù)和重建提供理論和實(shí)踐依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 采樣區(qū)概況

大同晉華宮礦位于山西省北部，經(jīng)緯度為40°N，113°E；平均海拔是1 056 m。所選煤矸石山復(fù)墾年限10～20年，覆土17 cm左右。

1.2 樣品采集

在采樣區(qū)采集植物的根樣。每種植物的根樣分別在3～4個(gè)不同的位置采集。把各類(lèi)植物的根及其所在的一部分土壤分開(kāi)并且相對(duì)應(yīng)地裝入提前備好的封口袋中，帶回實(shí)驗(yàn)室檢測(cè)。

1.3 試驗(yàn)指標(biāo)測(cè)定

選擇新鮮的細(xì)根采用曲利苯藍(lán)染色法測(cè)定泡囊侵染率、叢枝侵染率及菌根總侵染率[7]；采用濕篩傾注-蔗糖離心法測(cè)定孢子密度[8]；土壤pH、EC值、全氮、有機(jī)質(zhì)和速效磷測(cè)定參照《土壤農(nóng)化分析》[9]。

1.4 數(shù)據(jù)分析

采用Excel 2003作圖，SPSS 23進(jìn)行方差分析，Duncan法進(jìn)行多重比較，Pearson相關(guān)系數(shù)進(jìn)行相關(guān)性檢驗(yàn)。

2 結(jié)果與分析

2.1 菌根的侵染情況

圖1顯示，植物的AMF侵染率達(dá)到41%～75%，植物的AMF泡囊率達(dá)到12%～34%，但不同植物間的差異性沒(méi)達(dá)到顯著水平。

2.2 孢子密度與根際土壤的理化性質(zhì)

由圖2（a）可以看出，植物根際pH范圍為7.1～7.6，不同根際土壤pH差異顯著，其中獨(dú)行菜、早熟禾、sp.1、sp.2、sp.3根際pH顯著高于冰草、阿爾泰狗娃花、虎尾草和萬(wàn)年蒿，針茅根際土壤pH顯著高于虎尾草。由圖2（b）和圖2（c）可以看出，植物根際土壤電導(dǎo)率為0.07～0.11 mS/cm，含水量為11%～26%，不同植物根際電導(dǎo)率和含水量差異沒(méi)有達(dá)到顯著水平。由圖2（d）可以看出，不同植物根際土壤的AMF孢子密度差異顯著，早熟禾、冰草、阿爾泰狗娃花、針茅、虎尾草和sp.2顯著高于獨(dú)行菜和sp.3。

3.3 相關(guān)分析

由表1可以看出，植物根系侵染率與泡囊率呈極顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.01），與根際土壤孢子數(shù)呈顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05），植物根系泡囊率與根際土壤含水量有顯著正相關(guān)關(guān)系（P<0.05）；根際土壤含水量與pH有顯著負(fù)相關(guān)關(guān)系（P<0.05）。

3 討論

在人工復(fù)墾的煤矸石山上采集的10種植物，其菌根的AMF侵染率為41%～75%，高于草原生態(tài)系統(tǒng)中菌根的AMF侵染率20%～80%[10]，可能原因是AMF可以提高宿生植物的抗逆性[5，11]，因而在逆境條件下宿主對(duì)AMF的依賴(lài)性增加。該研究中AMF孢子密度為15～30個(gè)/10 g土，少于筆者以前在風(fēng)化年限長(zhǎng)的煤矸石山土壤（50～60年）的研究及冀春花等在西北干旱地區(qū)草甸、草原土壤的研究，多于農(nóng)田、荒漠土壤[12]，且不同植物根際AMF土壤孢子密度差異顯著，土壤中AMF孢子密度與根系A(chǔ)MF侵染率呈正相關(guān)關(guān)系，表明AMF對(duì)植物根系的侵染與土壤中AMF數(shù)量有關(guān)，土壤中AMF數(shù)量越高，對(duì)植物的侵染越強(qiáng)；然而該研究中不同植物之間的菌根AMF侵染率沒(méi)有達(dá)到顯著性差異，可能原因是由于所取植物根系生長(zhǎng)的土壤異質(zhì)性，造成同一種植物根系侵染率變異大掩蓋了不同植物間的差異，有研究表明AMF對(duì)短命植物的侵染程度，會(huì)受到植物種類(lèi)的顯著影響[13]。

根際土壤的理化性質(zhì)中，pH在7.1～7.6，土壤偏堿性，并且在不同的植物之間其差異性達(dá)到了顯著水平，表明植物對(duì)根際土壤的pH影響較大；而植物根際含水量、電導(dǎo)率等受環(huán)境影響較大，植物對(duì)其沒(méi)有顯著影響。

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責(zé)任編輯：鄭丹丹