根瘤菌對石漠化生態(tài)系統(tǒng)三葉草生長的影響研究

張敬宜　王金　華思斯

摘 要：通過采集石漠化地區(qū)的土壤，在實(shí)驗(yàn)室中以盆栽實(shí)驗(yàn)?zāi)M石漠化生態(tài)系統(tǒng)，在豆科植物紅三葉草上分別回接4株根瘤菌來研究石漠化生態(tài)系統(tǒng)中豆科植物接種不同根瘤菌后的生長態(tài)勢。通過測定三葉草的株高、冠幅、光合速率、蒸騰速率等指標(biāo)，比較分析得出接種根瘤菌對石漠化地區(qū)豆科植物的生長具有顯著的促進(jìn)作用。

關(guān)鍵詞：根瘤菌；石漠化；三葉草；光合特性

中圖分類號 X171.1 文獻(xiàn)標(biāo)識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）07-15-02

石漠化（rock desertification），即“石質(zhì)荒漠化”的簡稱，是指在熱帶、亞熱帶濕潤半濕潤氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動(dòng)干擾，地表植被遭受破壞，導(dǎo)致土壤嚴(yán)重流失、基巖大面積裸露或礫石堆積的土地退化現(xiàn)象[1]。石漠化是巖溶地區(qū)土地退化的極端形式，是喀斯特脆弱生態(tài)環(huán)境下，地表呈現(xiàn)類似石漠景觀的巖石逐漸裸露的演變過程，它不斷吞噬土地，造成土壤肥力和土地生產(chǎn)力下降，導(dǎo)致嚴(yán)重的水土流失、植被退化等一系列生態(tài)問題，極大地影響著人們的生存環(huán)境[2]。

根瘤菌是一類存在于土壤中的革蘭氏陰性細(xì)菌，它能夠侵染豆科植物的根部或莖部形成共生體——根瘤（或莖瘤），并在其中將空氣中的游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化成植物可以利用的化合態(tài)氮，為宿主植物的生長提供必需的氮素營養(yǎng)。根瘤菌-豆科植物共生固氮體系是已知固氮能力最強(qiáng)的生物固氮體系之一，能有效促進(jìn)植物生長，增加土壤肥力[3-4]。在土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)策略中，豆科植物-根瘤菌共生體系的應(yīng)用越來越受到世界范圍的高度重視。

本研究通過在實(shí)驗(yàn)室中以盆栽實(shí)驗(yàn)?zāi)M石漠化生態(tài)系統(tǒng)，以三葉草為載體，研究豆科植物-根瘤菌對三葉草各項(xiàng)生長指標(biāo)和光合特性的影響，初步探索豆科植物-根瘤菌對石漠化土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，以期為石漠化的綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物、土壤及菌株 供試植物種子為紅三葉草（Trifolium pretense L.）種子，由昆明源數(shù)園林綠化有限公司提供，種子栽培8個(gè)月后，選擇生長狀況相似的植物用于根瘤菌回接試驗(yàn)；供試土壤采自宜良帽子山南坡，因石漠化（巖溶）地區(qū)土層薄，僅采集0～15cm表層土；供試菌株分離自宜良石漠化地區(qū)豆科植物新鮮根瘤（表1）。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法 自播種之日開始長至5個(gè)月時(shí)，測量各組三葉草的每盆植株數(shù)、平均葉片數(shù)、平均株高和平均冠幅；生長至6個(gè)月時(shí)，用便攜式LI-6400XT光合儀測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Cond）的日變化值以及計(jì)算各組的水分利用率（WUE=Pn/Tr）。所測的數(shù)據(jù)用SPSS15.0軟件進(jìn)行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種根瘤菌對三葉草各項(xiàng)生理指標(biāo)的影響 從表2可以看出，接種根瘤菌的4組，三葉草的每盆植株數(shù)和每株平均葉片數(shù)都比ck的高，每盆植株數(shù)的比較結(jié)果為：2>4>3>1>ck，每株平均葉片數(shù)的比較結(jié)果為：2>4>1>3>ck；回接根瘤菌的實(shí)驗(yàn)組平均株高與平均冠幅都比未接種根瘤菌的對照組的高，且存在顯著性差異，其中第2組，即接種SWFU-R30菌株的實(shí)驗(yàn)組各項(xiàng)生理指標(biāo)在各個(gè)實(shí)驗(yàn)組中是最高的，其平均株高、平均冠幅分別比ck組的高出53.87%、32.33%，平均株高與平均冠幅的比較結(jié)果均為：2>4>3>1>ck。以上4項(xiàng)生理指標(biāo)顯示出，接種根瘤菌能促進(jìn)三葉草的生長。

2.2 接種根瘤菌對三葉草光合特性的影響 由圖1和圖2可以看出，各組的凈光合速率日變化和蒸騰速率日變化都是雙峰型的。4個(gè)實(shí)驗(yàn)組的凈光合速率和蒸騰速率在各個(gè)時(shí)間段幾乎都高于ck組，其中接種SWFU-R30菌株第2組三葉草的凈光合速率和蒸騰速率均是最高的。

氣孔導(dǎo)度與光合速率、蒸騰速率之間均存在一定的聯(lián)系，氣孔通過控制開合度來控制光合速率和蒸騰速率，光合速率與蒸騰速率對氣孔導(dǎo)度也存在影響。圖3中各組的變化趨勢均沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，但可以看出第2組的氣孔導(dǎo)度一直處于比較高的水平，ck組一直是最低值，這與凈光合速率和蒸騰速率的結(jié)果是一致的，進(jìn)一步說明了三者之間的關(guān)系：氣孔導(dǎo)度與凈光合速率、蒸騰速率在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)。

水分利用率是光合速率和蒸騰速率的比值，圖4中的曲線也都出現(xiàn)了2個(gè)峰，且都是在11∶00和17∶00時(shí)出現(xiàn)。在7∶00～11∶00，各組的水分利用率都呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，其中第2組的水分利用率最高，說明在上午光照強(qiáng)度不是很大的情況下接種SWFU-R30菌株的三葉草植株對水分的利用率最高，但是該組植株從13∶00開始水分利用率一直低于其它實(shí)驗(yàn)組植株；13∶00～17∶00，第4組的水分利用率一直處于最高水平，表明接種該株菌后的植株比較適合在石漠化地區(qū)干旱缺水的條件下生長。

3 結(jié)論與討論

綜上所述，接種根瘤菌的三葉草在模擬的石漠化生態(tài)系統(tǒng)下生長態(tài)勢良好，各項(xiàng)指標(biāo)均比不接種根瘤菌的三葉草要高。目前，我國西南地區(qū)的石漠化現(xiàn)象越來越嚴(yán)重，加快石漠化土地的綜合治理是西南巖溶地區(qū)一項(xiàng)迫在眉睫的任務(wù)[8]。由于石漠化地區(qū)的植被覆蓋率低，恢復(fù)與重建植被就成為土地石漠化綜合治理中最主要和最基本的措施[9]。本次試驗(yàn)通過在石漠化地區(qū)豆科植物上回接根瘤菌來對石漠化地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行修復(fù)，結(jié)果顯示，SWFU-R30菌株和SWFU-R1039對三葉草的各項(xiàng)生理指標(biāo)、光合特性和土壤肥力和蓄水能力的提高均具有比較顯著的作用，因此可以考慮將這2株菌株作為石漠化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的優(yōu)良菌株。

參考文獻(xiàn)

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（責(zé)編：張宏民）

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（責(zé)編：張宏民）

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（責(zé)編：張宏民）