接菌影響模擬重構(gòu)土層水分布及水同位素分餾

畢銀麗 ，田樂煊 ，柯增鳴

（1.西安科技大學(xué) 西部礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究院, 陜西 西安 710054；2.中國礦業(yè)大學(xué)(北京) 煤炭資源與安全開采國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室, 北京 100083）

0 引 言

半干旱區(qū)露天采礦常引發(fā)土壤鹽堿化[1]、荒漠化[2]、生態(tài)系統(tǒng)失衡[3-4]等系列生態(tài)問題。煤炭產(chǎn)業(yè)高強(qiáng)度開采形成大面積排土場，其堆積過程中土石大小混雜、大型機(jī)械壓實(shí)不均、表土貧瘠等特點(diǎn)加大了土地復(fù)墾與生態(tài)重建的難度。對此，學(xué)者提出了排土場土層重構(gòu)類的土體改良措施，即利用不同的表土替代物進(jìn)行土地充填復(fù)墾，從而改良壓實(shí)土體的物理性質(zhì)使其土層順序近似還原未開采前的土壤剖面[5]。重構(gòu)后的土層內(nèi)各項(xiàng)土壤物理性質(zhì)在垂向上屬于弱變異，土壤容重及孔隙率在層間存在顯著差異[6]，且重構(gòu)土壤剖面有利于水分的保持[7-8]。同時，HUANG 等[9-10]設(shè)置20 個模擬自然土壤剖面分析其滲透與排水過程，研究發(fā)現(xiàn)非均質(zhì)的土層重構(gòu)模式土壤儲水更多，并證實(shí)表層覆蓋砂土可以更好延緩水分的蒸發(fā)。

水分是半干旱區(qū)生態(tài)重建的主要限制因素，提高土壤水分利用效率是增強(qiáng)西部干旱區(qū)植被抗逆性的有效途徑之一。隨著菌根生物復(fù)墾生態(tài)工程在礦區(qū)排土場中的廣泛應(yīng)用，菌根生物復(fù)墾使礦區(qū)植被覆蓋度顯著提高，礦區(qū)生態(tài)服務(wù)功能顯著提升。研究表明叢枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhiza Fungi，AMF)在促進(jìn)植物養(yǎng)分吸收、土壤結(jié)構(gòu)改良、修復(fù)根系功能的同時，在增強(qiáng)植物抗旱性方面也有重要作用[11]。人為接種叢枝菌根真菌可以幫助植物吸收土壤水分，避免植物組織脫水，提高其抗旱能力[12]。RUTH 等[13]利用分根實(shí)驗(yàn)量化了AMF 對植物吸水的貢獻(xiàn)率，結(jié)果發(fā)現(xiàn)菌絲吸收的水分約占植物吸收水分的20%，也有研究表明，干旱狀態(tài)下AMF 菌絲的吸水速率為正常供水時的2～7 倍[14]，其本質(zhì)原因是菌絲穿入植物根系表皮細(xì)胞形成叢枝結(jié)構(gòu)，菌根可以依據(jù)宿主植物地上部分對水分的需求靈活調(diào)整宿主水分的運(yùn)輸與分配，提高水分利用率[15]。另外，AMF 分泌出的球囊霉素可提高土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，進(jìn)而提高土壤保水能力[16]。穩(wěn)定氫氧同位素(18O、2H)作為水分子的一部分，其可揭示大量土壤水的相關(guān)信息，尤其近幾年水同位素檢測技術(shù)日益成熟，被國內(nèi)外眾多學(xué)者選擇作為揭示土壤水運(yùn)移規(guī)律[17]、植物用水規(guī)律[18-19]、水體蒸發(fā)規(guī)律[20-21]的一項(xiàng)有效手段。

然而，目前基于半干旱煤礦區(qū)排土場土層重構(gòu)模式下，針對AMF 對植被根區(qū)土壤水分分布及水分餾的研究鮮有報道，本文通過室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)，研究AMF 與重構(gòu)土層對玉米根系吸水及根區(qū)水分重分配的影響，為解決礦區(qū)排土場土地復(fù)墾方式單一、水資源短缺、復(fù)墾難度大、成本高等問題提供科學(xué)依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

供試植物為玉米，品種為“品糯28 號”，于中國種子交易網(wǎng)購入，為半干旱礦區(qū)生態(tài)修復(fù)常用的經(jīng)濟(jì)作物。選取表面無損且大小均勻的玉米種子，使用75%的乙醇靜置滅菌1 min，振蕩2 min，去離子水沖洗3 次，10%的過氧化氫振蕩5 min，隨后以無菌水洗凈，于25 ℃黑暗培養(yǎng)箱中培養(yǎng)3 d，備用。

供試菌種為AMF 中的地表球囊霉(Glomus versiforme.)，由中國礦業(yè)大學(xué)(北京)微生物復(fù)墾實(shí)驗(yàn)室提供。

供試土壤分別為河砂與咸陽市涇陽縣采集的黃土，均過2 mm 篩，經(jīng)121 ℃高壓蒸汽滅菌90 min，風(fēng)干后備用。

試驗(yàn)裝置為可組裝的透明有機(jī)玻璃柱，其單個直徑15 cm、高10 cm、厚0.3 cm，側(cè)面有2 個對立直徑1.5 cm 的小孔，試驗(yàn)中將其組裝為總高80 cm 的土柱裝置。

1.2 試驗(yàn)設(shè)計

試驗(yàn)共設(shè)置3 個處理，分別為純土柱不種玉米(CK1)、種植玉米不接菌(CK2)、種植玉米接菌(AMF)，每個處理3 個重復(fù)，共9 個土柱。培育期為110 d (圖1)。

試驗(yàn)在西安科技大學(xué)西部礦山生態(tài)環(huán)境修復(fù)研究院進(jìn)行，試驗(yàn)期間環(huán)境平均溫度23.4 ℃、平均濕度67.3%。將單個透明有機(jī)玻璃柱采用硅脂對接口進(jìn)行防水處理后，使用玻璃膠組裝為總高度80 cm的土柱裝置，距底部10 cm 設(shè)一層飽水黏土層，密度為1.55 g/cm3，其余用砂土填充，密度為1.6 g/cm3。黏土層采用毛細(xì)飽和法飽和，平均飽和度87%，平均含水率26%。每個土柱種3 粒種子，其中AMF 處理需挖一個約5 cm 深的小坑，在種子周圍撒入50 g 的地表球囊霉菌劑，覆蓋砂土，澆水250 mL，發(fā)芽后選取生長大小相近的幼苗進(jìn)行間苗，澆水頻率為3 d/次，每次50 mL，可供玉米維持生長狀態(tài)，表土層含水率始終保持在2.5%左右。

1.3 測定指標(biāo)與方法

1.3.1 毛細(xì)水上升高度

試驗(yàn)自2021 年4 月17 日開始，每日使用卷尺測量毛細(xì)水上升高度，測量黏土層含水率頻率3 d/次。

1.3.2 叢枝菌根真菌侵染

試驗(yàn)結(jié)束收獲玉米時，從玉米根系的須根中隨機(jī)選取新鮮根樣(50 個根段制片)，用10%KOH 溶液浸泡24 h，去離子水洗凈，使用酸性品紅乳酸甘油染色液染色法染色，備用，隨后在顯微鏡(Motic Panthera Client)下觀察玉米根系的菌根侵染率。

1.3.3 玉米生長指標(biāo)

使用鋼尺測量玉米的株高冠幅，使用SPAD-502 Plus 測量玉米葉綠素(SPAD)值，玉米根系清洗干凈后使用Microtek Scan Maker i800 plus 進(jìn)行掃描，并用根系表型分析系統(tǒng)V2.3.2 軟件分析根系結(jié)構(gòu)。采用干重法測定玉米地上、地下生物量。

1.3.4 土壤水及玉米莖水穩(wěn)定氫氧同位素

試驗(yàn)期間，收集每次的灌溉用水置于10 mL 樣品瓶中，冷凍保存?zhèn)溆茫鳛橥寥浪凰胤逐s前的基底值。試驗(yàn)結(jié)束后，土柱每10 cm 一層采集土壤樣品，玉米采集其根莖結(jié)合部，裝入10 mL 小玻璃瓶中，并且使用Parafilm 封口膜密封冷凍保存，采用國際上通用的低溫真空抽提法抽提土壤水與玉米莖水(真 空 抽 取 系 統(tǒng) LI-2000, LICA United Technology Limited, China)，備用，使用液態(tài)水同位素分析儀(LGR912-0008, ABB Ltd, Canada)分別測量穩(wěn)定氫氧同位素，儀器的測量精度為±0.1‰(δ2H)和±0.3‰(δ18O)。分析得出的δ2H 和δ18O 以相對于維也納標(biāo)準(zhǔn)平均海洋水(VSMOW)的千分差值表示：

式中：δ為對應(yīng)樣品的穩(wěn)定氫氧同位素值；RA為樣品中重同位素與輕同位素的比值；Rr為國際通用標(biāo)準(zhǔn)物的重同位素與輕同位素的比值[22]。

δ值可由下式轉(zhuǎn)換為R值：

某種元素的不同同位素原子以不同比例分配于不同物質(zhì)或物相中的現(xiàn)象，稱為同位素分餾。在本研究中，各深度土壤水相對于初始用水均會產(chǎn)生分餾，同位素分餾系數(shù)是用來描述某一體系中發(fā)生同位素分餾程度大小的參數(shù)[22]，用α表示：

式中：RC和RE分別為特定同位素在物質(zhì)C 和E 中的同位素比值；αC/E為某反應(yīng)系統(tǒng)內(nèi)生成物C 中某元素的兩種特定同位素組成的比值與反應(yīng)物E 中同一元素中的同樣兩種同位素組成比值的商[22]。

聯(lián)立式(2)、式(3)，可得α和δ值之間的換算關(guān)系：

通常，α≈1。因此，α對于1 的偏離量稱之為“富集系數(shù)”，富集系數(shù)εE(C)表示某反應(yīng)系統(tǒng)中生成物C 的同位素組成相對于反應(yīng)物E 中同位素組成的富集程度(ε>0)或是貧化程度(ε<0)[22]，其計算公式為：

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計

采用Microsoft Excel 2019 進(jìn)行數(shù)據(jù)整理及統(tǒng)計，應(yīng)用IBM SPSS Statistics 25 統(tǒng)計軟件進(jìn)行單因素方差分析（ANOVA)，顯著性水平α=0.05。用Origin 2021 軟件作圖。

菌根貢獻(xiàn)率的計算采用以下公式[23]：

式中：RMC為菌根貢獻(xiàn)率；DAM為接菌植物指標(biāo)數(shù)據(jù)；DCK為對照植物指標(biāo)數(shù)據(jù)。

2 結(jié)果與分析

2.1 接菌對玉米生長指標(biāo)的影響

接種AMF 后玉米的各項(xiàng)生物指標(biāo)均高于對照(表1)，表明接菌對玉米植株的生長具有正向促進(jìn)效果，其中AMF 在株高、地上生物量、地下生物量顯著高于CK2 處理，分別增加15.78%、23.39%、43.40%。表2 為不同處理玉米根系的根長、體積、平均面積、投影面積在不同深度的結(jié)果。由表2 可知，接菌后玉米根系結(jié)構(gòu)優(yōu)于未接菌處理，并且在0～40 cm 內(nèi)差異顯著。AMF 處理中根系可伸長至70 cm 處，CK2 處理在同深度內(nèi)未發(fā)現(xiàn)根系。接菌后總根長、根體積、投影面積增長幅度分別為21.0%、14.5%、21.4%。表明菌根在該分層土體結(jié)構(gòu)中可以促進(jìn)根系生長，加強(qiáng)根對水分與養(yǎng)分的吸收利用，增大玉米干物質(zhì)。

表1 接種菌根對植株生長的影響Table 1 Effect of mycorrhizal inoculation on plant growth

表2 AMF 對玉米根系結(jié)構(gòu)的影響Table 2 Effect of AMF on maize root structure

2.2 接菌對土柱毛細(xì)水運(yùn)移的影響

圖2 為不同處理對黏土層毛細(xì)水上升高度及速率的影響。土體內(nèi)水分上升速率大致呈現(xiàn)下降趨勢(圖2b)，且各處理前15 d 的水分上升速率具有相同的規(guī)律。AMF 處理的水分上升高度在20 d 后顯著高于CK1，最終濕潤鋒高度相比CK1 提高18.9%，表明試驗(yàn)初期菌根尚未發(fā)揮作用，但種植玉米后根系發(fā)育從而緊實(shí)土壤，降低孔隙大小，增大土壤密度，提高了毛細(xì)水上升高度。在試驗(yàn)后期與CK1 相比，CK2 與AMF 處理中水分上移速率均有從下降到上升的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，但AMF 處理較CK2 提前了9 d，表明AMF 促進(jìn)玉米根系生長，并且增強(qiáng)了根系提水能力，提高玉米對深部土壤水的利用率。

圖2 不同處理下土柱毛細(xì)水上升高度及速率Fig.2 Rising height and rate of capillary water in soil column under different treatments

圖3 為飽水黏土層含水率變化規(guī)律，CK1 與AMF 處理黏土層初始含水率近似相等，在玉米處于發(fā)芽期時，CK1 黏土層內(nèi)含水率下降更快。18 d 后AMF 處理黏土層含水率下降顯著，分析原因?yàn)楦蛋l(fā)育且菌絲伸長直接吸收利用黏土層內(nèi)水分。34 d后3 種處理均在黏土層內(nèi)補(bǔ)充液體養(yǎng)分，所以出現(xiàn)含水率增加現(xiàn)象，除此之外，在CK1 處理中含水率變化整體呈現(xiàn)下降趨勢，但AMF 處理在25 d 出現(xiàn)含水率增長的現(xiàn)象，分析是因?yàn)锳MF 增強(qiáng)了根系對水的重分配作用，所以黏土層含水率出現(xiàn)反復(fù)增減的現(xiàn)象。

圖3 不同處理黏土層含水率變化規(guī)律Fig.3 Variation law of moisture content of clay layer under different treatments

2.3 玉米莖水與土壤水同位素特征

圖4 為不同處理玉米莖水及土壤水氫氧同位素特征。3 種處理δ18O 均呈現(xiàn)表層大深層小的變化規(guī)律(圖4a)。CK2 處理中玉米莖水的δ18O 與10～40 cm 處的土壤水δ18O 更為接近，說明該處理中玉米的生長用水主要來源于10～40 cm 處土壤水。而AMF 處理中植物莖的δ18O 與10～70 cm 處的土壤水δ18O 均表現(xiàn)為相近關(guān)系，同時又在一定范圍內(nèi)波動，該規(guī)律表明接菌后玉米根系可利用的水分深度更廣泛，比CK2 處理用水空間提高了50%。

圖4 不同處理玉米莖水及土壤水氫氧同位素特征Fig.4 Characteristics of hydrogen and oxygen isotopes in maize stem water and soil water under different treatments

3 種處理δ2H 隨深度的變化規(guī)律整體與δ18O 相似(圖4b)，說明表土層因?yàn)橥寥勒舭l(fā)作用使H 原子以水的形式蒸散發(fā)到空氣中，而D 由于分子質(zhì)量大則留在了土壤水中。CK2 中玉米莖水的δ2H 與10～40 cm 處的土壤水δ2H 更為接近，說明該處理的玉米主要吸收利用10～40 cm 處土壤水。而AMF處理中植物莖的δ2H 與10～50 cm、60～70 cm 處的土壤水δ2H 更為接近。與CK2 相比，吸收范圍增加了66.6%，說明接菌處理玉米根系發(fā)育優(yōu)于未接菌處理，所以根系可以吸收利用保水黏土層向下滲透的土壤水。

從總體來看，種植有玉米的處理中δ18O 與δ2H值在深層與淺層之間出現(xiàn)增減反復(fù)的現(xiàn)象，說明淺層和深層的部分水分來源相同，表明玉米利用根系的提水作用從深層土壤中吸收水分，通過主根向上運(yùn)輸，再由淺層須根釋放到表層較為干燥的土壤中，進(jìn)而改善表層土壤的干旱缺水的現(xiàn)象，也可以保證植物自身的表層根系的水分供給。

圖5 為不同處理土壤水18O、2H 富集系數(shù)。由圖5a, 圖5b 可知，與灌溉用水的水同位素相比，18O、2H 富集系數(shù)在各處理間均呈現(xiàn)由富集轉(zhuǎn)向貧化的趨勢。表層0～10 cm 處，AMF 與CK2 處理的18O、2H富集系數(shù)顯著低于CK1，表明種植玉米后，表土層中土壤水同位素分餾的現(xiàn)象減弱。10～50 cm 內(nèi)的土壤水同位素分餾現(xiàn)象較弱，在50 cm 以下的深層土壤中，土壤水同位素分餾的現(xiàn)象逐漸增強(qiáng)，主要表現(xiàn)為隨深度的增加18O、2H 逐漸貧化。60～70 cm 處，AMF 處理的18O 與2H 的富集系數(shù)顯著高于CK1 處理，但CK2 與CK1 處理間沒有顯著差異，且AMF處理的18O 與2H 的富集系數(shù)的絕對值顯著低于CK1處理。

圖5 不同處理土壤水18O、2H 富集系數(shù)Fig.5 18O and 2H enrichment coefficients of soil water under different treatments

由圖5c, 圖5d 可知，與CK1 處理同一深度的土壤水同位素相比，CK2、AMF 處理中均表現(xiàn)出隨深度增加由貧化18O、2H 轉(zhuǎn)變?yōu)楦患癄顟B(tài)。在深度0～50 cm 內(nèi)，CK2、AMF 的18O、2H 富集系數(shù)無顯著差異，在60～70 cm 處，AMF 的18O、2H 的分餾程度均大于CK2 處理。表明接菌在深層土壤中比對照的分餾強(qiáng)度大，且在深度60～70 cm 處AMF 與CK2相比由貧化2H 狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)楦患?H 狀態(tài)。

3 討 論

3.1 土體分層與根系聯(lián)合作用對土壤水分布的影響

土地復(fù)墾技術(shù)在半干旱煤礦區(qū)區(qū)內(nèi)廣泛應(yīng)用，利用土層重構(gòu)的方式起到穩(wěn)定土壤的作用[24]，并且重構(gòu)后的土層結(jié)構(gòu)在對水分的保蓄能力上與原始地貌更為相似[25]。而植物修復(fù)是礦區(qū)土地復(fù)墾改善景觀、恢復(fù)原始地貌的一項(xiàng)關(guān)鍵綠色技術(shù)[26]。本試驗(yàn)為模擬半干旱沙地煤礦區(qū)排土場降雨量小、蒸發(fā)量大的試驗(yàn)環(huán)境，只設(shè)一個底部飽和黏土層作為蓄水土層，以期利用底部黏土層達(dá)到減少蒸發(fā)提高水分利用效率的作用[27]，試驗(yàn)結(jié)果表明，重構(gòu)后的土層增強(qiáng)了對水分的保蓄能力，其中含水層毛細(xì)水未達(dá)到表土層，減弱了含水層的蒸發(fā)作用[28]，在后續(xù)的生態(tài)重建中可以為植物生長提供長期且穩(wěn)定的水源補(bǔ)給。植物在處于干旱狀態(tài)時會刺激根系的提水作用，提高表層土壤的毛細(xì)水帶，該結(jié)論與張揚(yáng)[29]、李唯等[30]一致。并且本研究發(fā)現(xiàn)重構(gòu)后的土層內(nèi)種植玉米可以進(jìn)一步減弱表土的土壤蒸發(fā)，增強(qiáng)土壤保水能力[31]。土壤水與植物莖水的同位素示蹤結(jié)果同樣表明，不同層位的土壤水顯示同源關(guān)系，也證實(shí)了是根系在其中的吸水與釋水作用導(dǎo)致的[32]。并且接菌后玉米的同位素特征與各層位土壤水同位素特征更為相近，也說明根系在其中起到了水分重分配作用[33]。綜上，模擬重構(gòu)土層與根系聯(lián)合作用可以提高半干旱沙地礦區(qū)土層的水分保蓄能力，擴(kuò)大供給植物生長的水分來源。

3.2 接菌對土壤水同位素分餾的影響

土壤水的分餾有多方面的原因，主要受到蒸發(fā)溫度、相對濕度、鹽度及風(fēng)速等因素的影響[34]。而半干旱沙地礦區(qū)中土壤蒸發(fā)強(qiáng)度大、相對濕度低，所以土壤的分餾強(qiáng)度也大[35]，但本次模擬研究發(fā)現(xiàn)種植玉米與玉米接菌處理均可以顯著降低表土水同位素分餾。有相關(guān)研究表明植物在發(fā)生蒸騰作用之前，根系吸水過程及運(yùn)輸過程均不會產(chǎn)生分餾作用[36]。但本研究發(fā)現(xiàn)AMF 在不同深度內(nèi)對土壤水同位素分餾有不同的影響，在深層土壤中增強(qiáng)其分餾作用。分析原因有以下兩點(diǎn)：其一，AMF 可以伸長菌絲網(wǎng)絡(luò)，吸收根系可及之外的水分，一方面對玉米根系發(fā)育產(chǎn)生正向促進(jìn)效果，加強(qiáng)根系對水分的吸收利用[37]，另一方面，菌絲也吸收利用一部分水[38]。所以本研究中AMF 處理的18O、2H 富集系數(shù)絕對值顯著低于CK1 處理，表明AMF 可以增大土壤鹽分，減少表土層內(nèi)的自由水，減弱表土層內(nèi)土壤水同位素分餾的現(xiàn)象。其二，有相關(guān)學(xué)者研究也發(fā)現(xiàn)，AMF 在根內(nèi)的定殖結(jié)構(gòu)占據(jù)植物根的質(zhì)外體區(qū)室[39]，所以POCA 等[40]認(rèn)為AMF 不是通過大量吸收和向植物供應(yīng)較干旱部位的水來直接影響同位素的分餾，而是通過阻礙水通過質(zhì)外體的運(yùn)動來間接改變土壤水同位素分餾，這也解釋了本研究中深層土壤水中AMF 處理的18O 與2H 富集系數(shù)顯著大于CK1 的現(xiàn)象?？偟膩碚f，AMF 是通過改變根系結(jié)構(gòu)、土壤含水及理化性質(zhì)間接影響土壤水同位素分餾。

3.3 接菌對玉米吸水的影響

土壤微生物在礦區(qū)的有機(jī)修復(fù)功能是近年來土地復(fù)墾的關(guān)注熱點(diǎn)[41]。陸地上大部分植物均能與AMF 形成互利共生的關(guān)系，有研究表明供給植物生長的水分主要來自于根系吸收傳輸?shù)乃諿42]，而被叢枝菌根侵染后的植物根系可以利用根外菌絲吸收水分輸送至宿主根系，促進(jìn)植物的水分吸收率、維持植物生長[43]。張亞敏等[44]研究證實(shí)缺水狀態(tài)下接菌不僅提高了植株的地下干物質(zhì)累計，而且提高了根系的投影面積。本研究結(jié)果也表明，在少量灌溉水的條件下，接種叢枝菌根真菌后的地上、地下干物質(zhì)及根系投影面積與CK2 處理相比均有顯著增加，說明叢枝菌根真菌對模擬半干旱沙地礦區(qū)缺水環(huán)境中的植物生長展現(xiàn)其抗逆性，維持植物生存狀態(tài)，吸收養(yǎng)分與水分反哺于植物根系[45]。同時，有研究表明AMF 可以利用其自身形成的菌絲網(wǎng)絡(luò)協(xié)助根系獲取根系無法到達(dá)處的水分[46]，這也解釋了為何本次研究中AMF 處理的玉米δ18O 值與各深度土壤水的接近程度要高于CK2 處理。其原因?yàn)榫z網(wǎng)絡(luò)的延深長度要大于根系可達(dá)到的范圍，而菌絲吸收的水分可通過根系傳輸給宿主植物[47]，再經(jīng)提水作用由側(cè)根釋放至上部干燥土壤中，在菌絲-根系-土壤之間形成良性循環(huán)，所以在半干旱礦區(qū)排土場下設(shè)保水黏土層，并聯(lián)合接種AMF 可以擴(kuò)大植株的吸水利用范圍，為解決半干旱沙地礦區(qū)水資源短缺的問題提供科學(xué)依據(jù)。

本研究通過對不同處理土柱內(nèi)的水同位素、根系進(jìn)行分層分析，解釋了AMF 在玉米根系提水過程中的水分分布以及對土壤水同位素分餾的影響，表明接種AMF 有利于在干旱環(huán)境下植物對深層土壤水的利用。但尚未研究不同復(fù)墾剖面對土壤水分布及分餾的影響，后期可設(shè)置一系列不同位置、厚度、密度的重構(gòu)土層，并針對土壤水與植物水之間的同位素差異，深入揭示植物在各類復(fù)墾剖面中的水分利用規(guī)律，對半干旱礦區(qū)生態(tài)修復(fù)具有一定的生態(tài)意義。

4 結(jié) 論

1) AMF 有效促進(jìn)玉米生長發(fā)育，尤其對玉米總根長、投影面積等方面有顯著增強(qiáng)，比CK2 處理分別提高21.0%、21.4%。

2)缺水情況下，AMF 有助于根系吸收底部黏土層內(nèi)的蓄水，加強(qiáng)根系水分重分配能力，提高濕潤鋒高度18.9%，擴(kuò)大約50%的吸水空間。

3)土柱表層、深層土壤水與初始水相比分餾差異較大，在0～10 cm 處CK2 與AMF 處理的18O、2H富集系數(shù)顯著低于CK1 處理；在底部60～70 cm 處，AMF 處理的18O、2H 富集系數(shù)顯著高于CK2 處理，表明AMF 在深層土壤中增強(qiáng)了土壤水同位素分餾現(xiàn)象。