接种丛枝菌根真菌对采煤沉陷区侧柏生长的影响

李少朋　毕银丽　彭星

摘要：为了提高采煤沉陷区植被覆盖率和退化土壤生产力，增加矿区生态系统的稳定性。通过在采煤沉陷区侧柏[Platycladus orientalis（L.） Franco]根系接种丛枝菌根真菌，研究了两者的共生关系，并研究接种丛枝菌根真菌对侧柏生长的影响以及菌根生态效应。结果表明，接种丛枝菌根真菌提高了侧柏根系的菌丝侵染率，接种区侧柏菌丝侵染率高达75%以上，菌丝密度达到2.26 m/g。接种丛枝菌根真菌促进了侧柏的生长，接种区侧柏株高平均比未接种区高出6.83 cm；接种菌根提高了侧柏根系对土壤中速效磷和速效钾的吸收，改善了侧柏根际的微环境。

关键词：侧柏[Platycladus orientalis（L.） Franco]；丛枝菌根真菌；采煤沉陷区；土壤

中图分类号：S791.38 文献标识码：A 文章编号：0439-8114（2016）06-1491-04

DOI：10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.032

神东矿区位于毛乌素沙地的边缘地带，介于黄土高原北部与鄂尔多斯高原南部的交界地带，整个区域内地貌千沟万壑，土壤沙化严重，表土相对贫瘠，肥力欠缺，生物多样性低[1-4]。加之现代煤炭开采导致大面积地表沉陷，进而导致地表植被和土壤的退化，可耕土地面积逐年变少[5，6]。神东矿区生态环境治理是一个系统工程，采煤塌陷地复垦和生态重建必须考虑到可持续性。随着中国“生态文明”理念的提出，对矿区生态环境治理和保护已引起政府和企业的高度重视，各种治理方法相继出现。神东矿区采煤沉陷区由于物理化学方法治理成本高且可持续性差，很难大面积推广应用；而生物治理措施是国内外比较倡导的方法之一。丛枝菌根真菌（Arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是普遍存在于植物根际的生物“菌肥”，其可与80%以上的陆生植物形成共生关系[7]。大量的研究表明，丛枝菌根真菌可提高宿主的抗旱性[8]、缓解重金属胁迫[9]、抗盐害[10]和抗病能力[11]等，促进植物对土壤中养分和水分的吸收[12]。基于此，试验对采煤沉陷区土壤上生长的侧柏[Platycladus orientalis（L.）Franco]根系接种丛枝菌根真菌，研究接种丛枝菌根真菌对侧柏生长的影响及其生态效应，从而为矿区采煤塌陷地治理提供技术支持，也为丛枝菌根真菌在矿区土壤推广应用提供依据。

1 材料与方法

1.1 试验地概况

试验地点位于陕西省神木县中鸡镇，属于神东煤矿活鸡兔矿井采空塌陷区的一部分（合计4 050 m2），位于陜北黄土高原沟壑区与毛乌素沙地交界的边缘地区，临近中大路，交通比较方便。区域内年均气温7.3 ℃，年均降雨量在365 mm。该区气候冷热多变，温差悬殊，风沙频繁，无霜期短，冰冻期长；冬季干旱，夏季暴雨，且雨季集中，蒸发强烈，年平均蒸发量是年平均降雨量的4.55～6.72倍。

1.2 材料与处理

试验选择侧柏为供试植物，供试丛枝菌根真菌为摩西球囊霉菌（Glomus mosseae），简称G.m，G.m由中国矿业大学（北京）微生物复垦实验室野外扩繁而得。

试验分别设接种小区（+M）和对照小区（CK），小区面积50 m2，各重复3次。2011年5月初种植侧柏，并在+M试验小区接种G.m。在2011年9月末分别测定侧柏的株高和冠幅，并按“S”型采样法在试验地里均匀选取15个样点，采集样点内侧柏的根际土壤。

1.3 测定方法

除植株的株高和冠幅在田间采用卷尺测定外，其他的指标均在中国矿业大学（北京）微生物复垦实验室内测定。菌丝侵染率采用台盼蓝染色法测定[13]，菌丝密度采用网格交叉法测定[14]，根际土壤pH和电导率（EC）分别利用pH计和电导仪测定，土壤速效磷含量测定采用钼锑抗比色法测定，土壤速效钾含量采用火焰光度计法[15]测定。

1.4 数据处理

试验所得数据采用Microsoft Office Excel 2003软件处理并作图，应用DPS 7.05统计分析软件进行LSD最小显著法测验。

2 结果与分析

2.1 接种AMF对侧柏株高和冠幅的影响

侧柏是适应性较强的常绿乔木，其耐干旱瘠薄、抗盐碱能力较强，对土壤质地要求不高，所以是矿区复垦和生态重建的主要树种之一。但在干旱半干旱的采煤沉陷区，现代煤炭开采加剧了土壤水分的流失，从而使植物受干旱的影响加重。试验测定的接种丛枝菌根真菌侧柏的株高和冠幅比较情况见图1。从图1可见，接种区侧柏的株高比对照区平均高出6.83 cm，且两者差异达到了显著水平（P<0.05）；而接种区侧拍的冠幅虽然略高于对照区，但两者间无显著差异（P>0.05）。说明接种菌根能扩大侧柏根系与土壤的接触面积，更有利于侧柏根系对土壤水分和养分的吸收利用，缓解了水分缺失对侧柏生长的影响。

2.2 接种AMF对侧柏根系菌丝侵染率的影响

丛枝菌根真菌是自然界中普遍存在的一种土壤微生物，陆地上90%以上的有花植物都能够与它形成菌根共生体，试验测定的接种丛枝菌根真菌侧柏的根系菌丝侵染率比较情况见图2。由图2可见，接种区侧柏的根系菌丝侵染率显著高于对照区（P<0.05），且接种区侧柏根系的菌丝侵染率高达75%，说明菌根和侧柏根系形成了互惠互利的共生体，反映出试验所选用的丛枝菌根真菌与侧柏之间的选择适应性是合适的。由于神东矿区采煤塌陷地的面积较大，采用物理化学方法对其进行治理所需成本高，而添加化学物质往往会引起土壤再次污染，且不能从根本上解决矿区植被退化的问题。所以丛枝菌根真菌作为一种良好的生物“菌肥”，在矿区生态环境治理中具有较大的应用价值和潜力。

2.3 接种AMF对侧柏菌丝密度的影响

菌丝不仅在植物生长和营养吸收方面起促进作用，而且还对提高植物的抗逆性有极大的功效；作为反映菌丝生长能力的一个指标，菌丝密度的高低可以反映出菌根对促进植物生长、营养吸收和增强植物抗逆性等方面能力的强弱；菌丝密度越高，菌丝越长，对于植株的影响就越明显，促进植物生长的能力就越强。试验测定的接种丛枝菌根真菌后侧柏根系内菌丝密度变化的情况见图3。由图3可以看出，接种G.m的菌丝密度达到2.26 m/g以上，显著高于对照（P<0.05）。显示出丛枝菌根真菌菌丝体增加了根系的生存空間和作用的范围，更加有利于植物的生长。

2.4 接种AMF对土壤pH和电导率的影响

土壤pH的高低将影响植物的生长，也会影响根际微生物的活动，从而影响到矿区塌陷地的生态恢复效果。试验测定的接种丛枝菌根真菌后侧柏根际土壤pH变化的情况见图4。从图4可见，接入丛枝菌根真菌后侧柏根际土壤的pH要高于对照土壤，并且差异显著（P<0.05）；可能是因为G.m使得根系分泌出更多的碱性物质，或者是土壤表面的氢氧根离子被置换出来造成的。电导率（EC）在生态学中通常是以数字表示溶液传导电流的能力，反映出基质中盐基离子的浓度，试验测定的接种丛枝菌根真菌后侧柏根际土壤电导率变化的情况见图5。从图5可见，接种G.m有利于根际土壤电导率的增加，且显著高于对照（P<0.05）。说明丛枝菌根真菌增加了土壤的导电能力，使得一些物质更加易于运输，这对于植物根系吸收土壤中的水分和养分是非常有利的。

2.5 接种AMF对土壤速效钾含量的影响

钾元素是植物生长过程中不可或缺的大量元素之一，其可以提高光合作用的强度，增强植（作）物的抗逆性和抗病能力，还能提高植（作）物对氮的吸收利用能力，所以提高植物对土壤钾元素的吸收效率，是矿区复垦和生态重建的核心所在。速效钾是指在土壤中能够被植物吸收利用的水溶性钾和交换性钾，速效钾的测定可以确定该地区土壤钾供应水平以及确定是否需要施用钾肥及钾肥用量[16]。试验测定的接种丛枝菌根真菌后侧柏根际土壤里速效钾含量变化的情况见图6。从图6可见，对照处理的侧柏根际土壤中速效钾含量要高于接G.m处理，并且差异显著（P<0.05），这可能是G.m菌根菌丝体协助植物根系将土壤中的速效钾吸收并转移到植物体内所致。神东矿区由于煤炭开采对土壤质地的破坏较大，土壤养分流失较为严重，加之该区位于毛乌素沙地边缘，土壤养分含量较低，从而影响植物根系对土壤中矿质元素的吸收。并且神东矿区土壤保肥能力较差，通过单一的施肥手段很难实现植物生物量最大化，也不利于从根本上解决土壤贫瘠问题。

2.6 接种AMF对土壤速效磷含量的影响

试验测定的接种丛枝菌根真菌后侧柏根际土壤里速效磷含量变化的情况见图7。从图7可见，接种丛枝菌根真菌影响侧柏根系对土壤中有效磷的吸收。接G.m处理与对照处理根际土壤速效磷含量的差异达到显著水平（P<0.05），尤其是对照土壤中有效磷含量是接G.m处理的2倍，这可能是丛枝菌根真菌和侧柏之间形成了大量的菌丝体，菌丝体提高了植物根系对土壤中速效磷的吸收，加之对照土壤中的pH更接近于中性，这有利于提高土壤磷的有效性，所以根际土壤里速效磷含量少了。磷元素是植物生长必需的大量元素，接种丛枝菌根真菌对土壤中磷的利用大大提高，这有利于矿区采煤沉陷区土壤植被的恢复生长。

3 小结

1）接种丛枝菌根真菌提高了采煤沉陷区侧柏根系的菌丝侵染率，5个月后，接种区侧柏菌丝侵染率高达75%以上，同时菌丝密度达到2.26 m/g。说明试验所选G.m和侧柏之间保持了较高的共生关系，G.m适合在神东矿区推广应用。

2）接种丛枝菌根提高了侧柏的生长能力，接种后侧柏株高显著高于未接种对照，株高平均比对照高出6.83 cm，促进了侧柏的生长发育。

3）接种丛枝菌根改善了植物根际的微环境，使侧柏根际土壤pH和电导率增加显著。并提高了侧柏对土壤中有效磷和有效钾的吸收，菌根改善微生态的效应明显。这对于提高采煤沉陷区退化土壤的保肥能力和植物生产力、增加矿区生态系统的稳定性、进而提高采煤沉陷区植被覆盖率等都具有重要的实际意义。

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