杜鹃根际土壤肥力与菌根真菌侵染关系

杨舒婷，欧 静，李林盼

(贵州大学林学院，贵州 贵阳 550025)

近年来，利用植物-微生物共生系统开发植物资源的研究受到广泛关注，菌根真菌是土壤微生物群落的重要组成部分，能与大部分植物形成共生菌根结构，植物可以依靠菌根菌缓解环境压力，吸收矿质元素及养分[1]，促进生长。接种菌根真菌与施用化肥相结合，不仅有利于改善土壤板结，而且能够提高土壤供水保肥能力[2]。杜鹃花科(Ericaceae)大多数植物与杜鹃花类菌根真菌(Ericoid mycorrhiza，ERM)形成菌根共生体，较大程度地促进杜鹃植物吸收养分[3—4]、水分[5—6]，并提高抗逆性[7—9]。目前，马尾松(Pinus massoniana)林地植被过于单一，景观美景度不足，需要丰富马尾松山林植被景观。

杜鹃(Rhododendron simsii)可以改造马尾松林下景观，提高马尾松林下景观美景度。研究植物接种菌根真菌的效应，可使植物之间更好地共生，促进植物群落稳定性。然而，马尾松外生菌根真菌(Ectomycorrhiza，ECM)和ERM相互作用的研究还较为欠缺，关于根际土壤肥力与ERM和ECM+ERM菌根形成的关系也未见报道。作者课题组前期对马尾松-杜鹃群落杜鹃根内真菌和根围真菌进行分离与鉴定[10—11]，在此基础上，本研究模拟自然马尾松-杜鹃自然群落状态，利用前期从马尾松林下杜鹃根内分离的菌根真菌菌株，回接杜鹃苗，调查杜鹃苗在不同混合接种ERM和ECM+ERM组合下的侵染率，并检测不同接菌处理和施肥处理下杜鹃苗的根际土壤肥力，结合Pearson相关性分析与逐步回归分析方法，探索杜鹃苗菌根真菌侵染率与根际土壤肥力指标的主要影响因子，为促进菌根真菌侵染，充分发挥菌根效益提供土壤养分方面的支持，为杜鹃菌根化育苗奠定理论基础。

1 材料与方法

1.1 材料

1.1.1 供试菌株

供试的4个菌株MG27、LL16、LL03、MG17为前期分离自贵州省贵阳市孟关镇及龙里市的马尾松林下杜鹃花根系[7—8]，包括杜鹃花内生菌在内的丰度较高内生真菌，具体菌株分别是锤舌菌纲(Leotiomycetes)、子囊菌门(Ascomycota，2种)、担子菌纲(Basidiomycota)。由课题组分离保存，采用PDA液体培养基对试验菌株进行培养，置于28 ℃摇床上振荡(160 r·min-1)暗培养15 d，打碎并制成液体菌剂备用。供试的外生菌菌株为市场购买的美味牛肝菌(Boletus edulis)。

1.1.2 参试植物

杜鹃2年生无菌扦插苗种植于花盆中，土壤有机质27.38 g·kg-1、全氮1.10 g·kg-1、全磷0.31 g·kg-1、全钾9.33 g·kg-1、有效氮33.67 mg·kg-1、有效磷2.48 mg·kg-1、有效钾120.90 mg·kg-1，pH 5.39。种植基质在种植前利用高温高压法(121 ℃，0.1 MPa)灭菌120 min。

1.2 方法

1.2.1 接菌设计

3个接菌组合分别为ERM菌株混合接种处理(J1)、ECM+ERM菌株混合接种处理(J2)和等量不接菌的土豆培养液处理(J3)。第一次接菌采用蘸根法，与换盆同时进行，第二次和第三次接菌采用注射法，每次间隔10 d，每盆施用10 mL菌液。

1.2.2 施肥设计

14组N、P、K施肥配比组合见表1，N肥主要成分为CO(NH2)2，有效N含量46.2%，P肥主要成分为P2O5，有效P含量为16.0%，K肥主要成分为K2O，有效K含量为51.0%。每接菌处理均设置14个施肥处理，共42个处理，每处理重复9次，共378盆。2018年5月开始试验，试验中进行日常浇水、除草等管理，2019年1月5日至6日采集数据。

1.2.3 样品采集

将花盆轻轻剥离，把菌根和土样用自封袋包好，避免破环杜鹃菌根。然后轻轻抖落菌根浮土，粘在根上的为根际土壤，用毛刷收集至土壤袋内，风干后分别过2 mm和0.25 mm土壤筛备用，每个样本收集根际土壤50 g。将杜鹃根系用流水冲洗干净，随机选取200个根尖，在显微镜下观察统计被侵染的根数。

表1 施肥方案Table 1 Fertilization scheme

1.2.4 测定方法

菌根侵染率采用醋酸墨水染色法观察测定[12]；土壤全氮含量测定采用凯氏定氮法；碱解氮含量测定采用碱解扩散法；全磷含量采用钼锑抗比色法测定；有效磷含量采用碳酸氢钠浸提比色法测定；全钾含量采用氢氧化钠-火焰光度计法测定；速效钾含量采用醋酸铵-火焰光度计法测定[13]。

1.2.5 数据处理

数据采用SPSS软件进行单因素方差分析、Pearson相关分析与逐步回归分析。

2 结果与分析

2.1 不同接菌处理侵染率比较

取样前用醋酸墨水染色法对根系进行浸染率测定，结果显示两组接菌组合杜鹃苗均被成功侵染，两组菌株的侵染率存在显著差异(P＜0.05)，其中J2处理侵染率最高，较J1增幅7.00%，未接菌的CK处理幼苗根系侵染率为8.85%，显著低于接种处理幼苗根系的侵染率(表2)。

表2 不同接菌处理杜鹃菌根真菌侵染率Table 2 Infection rate of mycorrhizal fungi of azalea under different inoculation treatments

2.2 各接菌处理土壤营养成分含量

杜鹃根际土壤有机质、全氮、全钾、有效钾含量总体表现为J2>J1>J3；有效氮、全磷含量总体表现为J1>J2>J3；有效磷含量总体表现为J2>J3>J1。

J1接菌组合中土壤有机质含量最高的处理为F12(N1P1K2)，全氮含量最高的处理为F3(N1P2K2)，有效氮含量最高的处理为F3(N1P2K2)、F5(N2P1K2)、F9(N2P2K1)、F14(N2P1K1)，全磷、有效磷含量最高的处理为F14(N2P1K1)，全钾、有效钾含量最高的处理分别为F5(N2P1K2)、F13(N1P2K1)(表3)，说明N、P、K存在1水平时，可以促进土壤养分含量的积累；J2接菌组合中土壤有机质、全氮、有效氮、全磷含量最高的处理为F3(N1P2K2)，全氮、有效氮分别在F7(N2P3K2)、F6(N2P2K2)处理含量也高，有效磷、全钾、有效钾含量最高的处理分别为F8(N2P2K0)、F10(N2P2K3)、F9(N2P2K1)(表3)，说明N为1水平时促进有机质、全氮、有效氮、全磷的积累，K施用量为1水平促进有效钾的积累，P、K施用1/4水平及N、P、K施用1/2水平也能促进土壤中全氮、有效氮、全钾的积累；J3接菌组合中土壤有机质含量最高的处理为F13(N1P2K1)，全氮、有效氮含量最高的处理为F3(N1P2K2)，全磷、有效磷含量最高的处理分别为F2(N0P2K2)、F5(N2P1K2)，全钾、有效钾含量最高的处理为F9(N2P2K1)(表3)，说明N施用量为1水平时促进土壤有机质、全氮和有效氮的积累，施用N为0水平促进全磷积累，P为1水平促进有效磷的积累，K为1水平促进土壤有机质、全钾和有效钾含量的积累。

表3 不同接菌处理土壤营养成分含量(n=3)Table 3 Contents of soil nutrients under different inoculation treatment (n=3)

2.3 菌根侵染率与土壤肥力相关性及逐步回归分析

菌根真菌侵染率与根际土壤肥力指标的相关性分析表明，J1处理的菌根真菌侵染率与全氮、有效氮、有效磷、全钾、有效钾正相关，与全磷负相关，与全氮显著正相关；J2处理的菌根真菌侵染率与全氮、有效氮、全磷、有效磷、全钾、有效钾正相关，与有效钾极显著正相关；J3处理的菌根真菌侵染率与全氮、有效氮、有效磷、全钾、有效钾正相关，与全磷负相关，与有效氮、有机质显著正相关(表4)。

表4 杜鹃苗菌根侵染率与土壤肥力相关性分析Table 4 Correlation analysis of mycorrhizal infection rate and rhizosphere soil fertility index of azalea seedlings

将J1、J2、J3处理的菌根侵染率分别设为因变量Y1、Y2、Y3，选择土壤肥力指标有机质(X1)、全氮(X2)、有效氮(X3)、全磷(X4)、有效磷(X5)、全钾(X6)和有效钾(X7)中与侵染率相关度较高的建立逐步回归分析方程：

Y1=0.487+0.031X2

Y2=0.367+0.001X7

Y3=0.012+0.001X3

通过逐步回归方程可初步分析杜鹃菌根真菌侵染率与重要土壤影响因子的关系(表5)。

表5 逐步回归方程的相关参数Table 5 Relevant parameters of stepwise regression equation

3 讨论

土壤是植物吸收养分和水分的场所，土壤养分的变化对植物生长发育有直接影响。施肥能提高林地中氮磷钾和有机质含量[14]。贾磊等[15]认为，接种菌根真菌不仅能促进植株生长，且能提高土壤根际养分含量水平。本研究在不同接菌处理和不同施肥水平下对土壤养分分析发现，接菌处理土壤养分水平总体高于不接菌处理，这与贾磊等[15]的研究结果一致，在施肥水平中，N、P、K存在1水平时，可以促进土壤养分含量的积累。

欧静等[16]观察到桃叶杜鹃(R.annae)具有ERM特有菌丝结构，同时还发现丛枝菌根和外生菌，贾锐等[17]、张春英[18]也发现杜鹃的菌根菌丝体较为复杂。本研究发现，不同接菌处理下的杜鹃苗菌根真菌侵染率存在显著差异。可能是杜鹃苗本身与ERM真菌极易形成ERM菌根。ERM菌根是在皮层细胞内充满大量的菌丝圈，每个细胞内的菌丝圈直接与根表面的菌丝相联[19]，因此ERM+ECM接菌处理杜鹃苗根系侵染率显著高于单独接种ERM和对照。

通过相关性分析发现，ERM菌株混合接种处理(J1)侵染率与全氮含量显著正相关，ECM+ERM菌株混合接种处理(J2)侵染率与有效钾含量极显著正相关，不接菌处理(J3)与有效氮、有机质含量显著正相关。前人的研究中，菌根真菌的形成与土壤有机质、全氮、有效氮含量呈正相关[20—21]，本研究与其相似。推测土壤在全氮含量较高，杜鹃根系能较好地吸收全氮的情况下，杜鹃易形成ERM菌根；在有效钾含量较高的情况下，杜鹃易形成ERM+ECM菌根。杜鹃花科植物通常生长在较贫瘠的土壤中[22]，有机质、氮含量较低，土壤风化程度高，钾素成为植物生长的限制因素[23]，而杜鹃花类菌根真菌在低养分条件下菌根作用效果显著[24]。本研究也表明，杜鹃花类菌根真菌在全氮、有效钾较高的条件下侵染率较高。逐步回归分析显示，全氮、有效氮和有效钾是影响杜鹃菌根形成的主要因子。

在提高马尾松林下栽培杜鹃花景观美景度的实践中，可通过调整土壤各养分因子含量促进菌根真菌侵染，从而促进菌根真菌充分发挥菌根效益。