AM真菌质量分数对沙地榆土壤质量的影响1)

李俊杰 李钢铁 麻云霞 张月欣 胡博 张蒙蒙

(内蒙古农业大学，呼和浩特，010018)

浑善达克沙地是内蒙古四大沙地之一，位于农牧交错带，土壤相对贫瘠，地力相对较低。由于长期干旱气候导致沙化情况越来越严重[1]。目前，尽管经过有效的治理，改良了沙地植被环境，但由于人类频繁开发利用，导致生产力减退。所以，如何采取措施促进地力的提高，保证水土保持的有效性是目前水土保持遇到地亟需解决的难题。

丛枝菌根真菌菌丝能与植物根系形成共生，同时也可以对土壤地力的提高有明显的作用[2]。目前，以AM真菌为主的微生物菌剂与有机肥配施已引起了高度关注。95%以上的植物能与其形成共生组织[3]，这极大地增加了AM真菌应用于沙化土壤修复的可操作性。AM真菌能与沙地榆根系紧密联系起来，形成很好的共生关系，不仅能促进植物的生长，还能显著改善土壤的质量[4]。在干旱的环境条件下，AM真菌能提高植物抵抗干旱的特性[5]。

近年来，学者们利用丛枝菌根真菌提升土壤地力，并取得了一定进展。庞强强等[6]研究提出，利用微生物菌剂接种可以有效促进土壤肥力程度的提高，保证土壤的酶活性水平；李倩等[7]试验发现，将微生物菌剂加入到烤烟种植的土壤中以后，土壤过氧化氢酶和蔗糖酶活性显著增加，土壤中速效氮、磷的增加与磷酸酶和脲酶活性的提高有关[8]。试验数据表明，AM真菌接种质量分数与土壤基本理化性质以及酶活性变化呈显著相关[9]。黄土高原的丛枝菌根真菌对土壤的理化性质有相似的影响，有利于提高根际土壤矿质营养离子的活性[10]。

本研究以内蒙古浑善达克沙地土壤作为研究对象，通过施用AM菌剂后测定土壤理化指标和微生物活性，尤其是观测土壤微生物指标的变化，从而探究施用AM菌剂对土壤地力以及微生物活性的影响，证明土壤理化性质与土壤微生物之间的关系，为AM菌剂与有机肥料配施进一步开发利用提供数据参考，从而为提升沙地的土壤生产力和水土流失区修复提供理论依据。

1 研究区概况

浑善达克沙地位于锡林郭勒高原中部(41°56′～44°24′N，112°22′～117°57′E)，东西跨度约450 km，南北跨度50～300 km，总面积约710万hm2；平均海拔1 200 m。全年平均温度为14 ℃，无霜期为100～110 d[11-12]。日温差和年温差相差较大，年日照平均时间3 100 h。土壤主要为风沙土[13]。

2 材料与方法

2.1 样品采集与处理

试验中使用的沙地榆插条来自正蓝旗桑根达来林木良种种植基地。2021年3月10日，在造林地选择健壮的母株，采集2年生枝条100株，无机械损伤、病虫害，枝条粗度大于0.8 cm。用清水浸泡3～5 d后，将其切成10～15 cm长、厚度>0.6 cm的枝条。AM真菌为Rhizophagusintraradices。复合肥购自内蒙古耕宇化肥有限公司，w(N)∶w(P2O5)∶w(K2O)=34∶6∶8。

试验地位于内蒙古农业大学东园区温室，本试验于2021年3月22日进行扦插，扦插前用0.5%的高锰酸钾喷洒于基质上，然后再深翻基质并搅拌均匀。研究共布设5个处理:(1)空白对照(CK)，(2)T1处理为复合肥2.668 kg/hm2，(3)T2处理为AM菌剂0.134 kg/hm2+复合肥2.668 kg/hm2，(4)T3处理为AM菌剂0.167 kg/hm2+复合肥2.668 kg/hm2，(5)T4处理为AM菌剂0.209 kg/hm2+复合肥2.668 kg/hm2。试验采用完全随机区组设计，3次重复，每个处理即为1个小区，小区面积为350 cm×900 cm。小区中间有保护行，行宽100 cm。菌剂采用沟施处理，将不同质量分数微生物菌剂与有机肥拌匀后施入土壤，从5月1日开始施肥，每隔25 d施肥1次，共施肥4次，各处理之间其余田间管理均保持一致。8月22日在试验区内用土钻以五点取样法随机采集沙地榆根际5～20 cm土壤混合，四分法取混合土样作为检测样品，土壤样品拣去植物残体，在实验室内自然风干，用玛瑙研钵研细过筛后保存备用。

2.2 土壤理化性质及土壤酶活性测定

碱解氮的测量利用1 mol/L NaOH碱解扩散法；土壤有效磷的测定利用NaHCO3进行浸提，然后利用钼锑抗比色法开展；土壤有机质的测定采用重铬酸钾容量法；土壤速效钾质量分数利用中性醋酸铵进行浸提，利用火焰光度计法进行测量；利用玻璃电极法开展pH值的测定；利用烘干法开展土壤中水分含量的测定[14]。利用高锰酸钾滴定法开展土壤中过氧化氢酶含量的测定；利用比色法开展土壤中脲酶的测定；利用邻苯三酚比色法开展土壤中多酚氧化酶含量的测定；利用二硝基水杨酸比色法开展淀粉酶含量的测定；土壤中蔗糖酶活性的测量利用比色法开展。土壤测定酶活性的质量指示一般用几何平均值(GM)计算[15]，GM=(各酶活性的乘积)1/5。

2.3 土壤微生物数量的测定

利用牛肉膏蛋白胨琼脂培养基进行细菌的培养，在无菌培养皿上做好10-6、10-7、10-8稀释菌液的标记，每个稀释度设置3个重复；真菌的培养使用马铃薯琼脂培养基，在无菌培养皿上做好10-3、10-4、10-5稀释菌液的标记，每个稀释度设置3个重复；放线菌的培养利用优化后的高氏1号培养基凝固后做好10-3、10-4、10-5标记，并进行3次重复。接种完成以后，将其放入恒温培养箱之中，保持温度为28～30 ℃进行培养。培养3～5 d并计数[16]。

2.4 统计分析

利用SPSS22开展典型相关研究和分析；利用Canoco5开展冗余分析(RDA)，选用Origin2019进行图形的绘制。

3 结果与分析

3.1 不同AM真菌处理对土壤理化性质的影响

通过表1可以看出，添加了AM菌剂的种植土壤相比较于对照土壤，土壤的理化指标都获得了不同程度的优化，然而理化指标的变化存在差异。施加菌剂的样地土壤有机质质量分数高于对照地，其中T3样品差异最为显著，说明施用微生物菌剂能有效提高土壤有机质质量分数。从土壤的养分层面进行分析，添加微生物制剂可以有效保证土壤中速效磷、钾元素和铵态氮的质量分数增加。其中碱解氮和速效磷差异性显著，这主要是因为AM菌剂中不仅含有一定量的氮、磷、钾等营养元素，还含有大量的菌丝体，菌丝在生长发育过程中会分泌一些激素和特殊的酶，土壤中的复杂有机物在这些酶的作用下会释放出更多的养分，所以施用菌剂后各样地的土壤养分质量分数得到了相应的提高。

由表1还可知，从土壤含水量来看，AM菌剂配施进一步改善了土壤结构，有利于提高沙地的水土保持能力，增强土壤持水力。其中T2样地当中含有的磷元素和氮元素的提高幅度最高，T3中钾元素质量分数提高幅度最高。这主要是因为菌剂改善了土壤的通气条件，菌剂中的菌丝体可以促进植物根系的生长，从而增加根瘤数量，提高根瘤菌的活性，显著增强植物的固氮能力。所以，添加AM菌剂的土壤对于有效氮的吸收显著提高。此外，AM菌剂对土壤中磷和钾的分解有明显的作用，可以有效的促进土壤对磷和钾元素的吸收[17]。

表1 不同处理下土壤理化性质

3.2 不同AM真菌处理对土壤酶活性的影响

不同处理下酶活性变化见表2，土壤蔗糖酶活性各处理与CK相比，T1～T4各处理均增加了土壤蔗糖酶的活性，其中T1、T3、T4处理达显著水平(p<0.05)，其活性相比CK增加了2.007、2.008、2.055倍；与CK相比，T2、T3、T4明显增加了土壤淀粉酶活性。其中T4处理显著提高了土壤淀粉酶活性，较CK增加了15.33倍，而T1未达到显著水平；土壤磷酸酶活性较CK相比，各处理增幅相对较小。T3增幅最大为1.306倍，酶活性最大值为0.474 μmol·g-1·h-1。T1、T2、T4与CK相比，均达到显著水平(p<0.05)，其中过氧化氢酶活性较CK均增加了1.117、1.057、1.034倍；而T3与CK相比降低了酶活性，为CK的1.004倍。对于土壤脲酶相比CK，T1～T4各处理均达显著水平(p<0.05)，各处理均增加了土壤酶活性，分别为CK的1.045、1.052、1.316、1.595倍。土壤酶活性的加权平均值相较于CK均有所提高，其中T3、T4显著增加了土壤酶活性的加权平均值，差异显著；而T2相比CK有细微提高，但差异不显著。

表2 不同处理下土壤酶活性

3.3 不同AM真菌处理对可培养微生物的影响

根据表3可以发现，添加了AM菌剂的样地中微生物的数量相较于对照组样地有着明显的增加。5组土壤样品相对值差异较大，其中土壤中相对度较高的依次是细菌约占53%，放线菌约占46%，真菌约占38%。对各组土壤样品进行对比发现CK与T1土壤中的微生物种类相对值较为接近，而T3与T2土壤中的微生物种类相对值存在显著差异，T4与T3土壤中的微生物种类相对值也存在显著差异。其中，T2的土样中细菌的相对值显著低于其他各处理土样，而在T3土样中细菌的相对值达到最大值，T4土样的相对值仍高于CK土样。真菌的相对值先升高后下降，在T2土样中达最大值，与CK土样呈显著差异。放线菌的相对值先下降后升高，在T4土样中达最大值，与CK土样呈显著差异。

表3 不同处理下土壤细菌数量相对值

通过对土壤理化性质与微生物数量之间相关性分析(表4)，发现细菌数量与有机质质量分数呈极显著性正相关(p<0.05)，相关系数为0.891，跟速效钾质量分数表现出了明显的关联，相关系数值是0.79。真菌数量跟电导率表现出了极为明显的正相关关系(p<0.05)，相关系数为0.929。放线菌数量与速效钾质量分数呈极显著负相关(p<0.05)，相关系数为0.901。

表4 土壤理化性质与土壤微生物数量之间的相关性

利用RDA分析土壤养分与微生物相对值的关系(图1)表明，放线菌相对值与土壤过氧化氢酶活性呈显著正相关，与土壤含水量呈正相关。真菌相对值与电导率和有机质质量分数呈极显著正相关，与速效磷质量分数、速效氮质量分数呈显著正相关。细菌的数量跟有机质质量分数和速效钾质量分数体现出了非常明显的正相关关系，与磷酸酶活性表现出明显的正相关关系；跟淀粉酶和蔗糖酶活性表现出正相关关系。3种微生物的丰富性跟pH值和脲酶都没有明显的关联。说明微生物相对值主要受电导率、有机质质量分数、速效钾质量分数影响，对过氧化氢酶和磷酸酶活性影响较大。由表4还可看出，磷酸酶活性与有机质质量分数，速效钾质量分数表现相互明显的正相关关系，淀粉酶与蔗糖酶活性呈正相关；pH值与脲酶活性表现出明显的正向关系，过氧化氢酶活性主要取决于土壤含水量。说明土壤磷酸酶活性主要被有机质质量分数、速效钾质量分数所影响，pH值直接影响脲酶活性。以上分析表明，施加AM菌剂能够大幅度地改变土壤的理化性质，进而改善种植地土壤中微域环境，提高土壤肥力[17]。3大微生物类群的数量通常作为衡量土壤微生物的首要标准。

SOM.有机质;AN.速效氮;AP.有效磷；AK.速效钾；pH.酸碱度;EC.电导率；CAT.过氧化氢酶；URease.脲酶；Amy.淀粉酶；INV.蔗糖酶；ACP.磷酸酶。

4 讨论与结论

土壤中营养物质的变化受到各种因素的影响，不仅包括土壤中微生物的数量，还与土壤当中水分和酸碱度存在直接关系。本次研究可以看出，添加AM真菌能够有效促进土壤中营养物质质量分数的提升，丛枝菌根真菌附着于植物根部帮助土壤中营养物质的积累，有效帮助植物生长，促进土壤地力的提高。在3个大田种植中，AM真菌菌剂均能较好地侵染榆树根系，并形成良好的菌根共生体。对土壤中有机质质量分数，速效氮、速效磷以及速效钾质量分数进行测定可以发现，相较于没有添加菌剂的样地土壤相比，都有较显著增加。

已有研究表明，Frey et al.[18]的试验中利用隔室培养系统和同位素跟踪技术，能够看出通过丛枝菌根真菌菌丝体进行吸收和传输,到达土壤和植物中的氮质量分数占氮总吸收量的30%，跟研究结果基本相近。褚义红[19]的试验中，施用微生物菌剂可以在一定范围内降低土壤电导率，但当达到一定质量分数时，随着微生物肥质量分数的增加，土壤电导率的上升幅度略小于对照，这与褚义红的研究结果一致。王美新等[20]配施微生物有机肥对植烟土壤理化性质的影响做了研究，结果表明，施用EM微生物菌剂后，土壤养分质量分数相比CK组均有明显提高。试验结果表明，不同施用AM菌剂质量分数对土壤中养分元素的影响不同，T2、T3处理较对照组CK均有明显提高，但T4处理中，土壤养分提升幅度均低于前两个处理，但仍比对照组CK要高。其主要原因可能是沙地当中的榆树幼苗根系提高了对土壤当中营养物质的吸收水平，也可能由于适合比例的AM菌剂促进了植物进行营养物质吸收的水平提高。

土壤酶活性反映了土壤吸收养分的潜力，体现了土壤营养物质循环的速度，是土壤地力活性强弱的标志之一[21]。本试验研究发现施加AM菌剂的土壤酶活性相比对照组均有所上升，其中蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶活性较对照相比有明显提高，其中蔗糖酶和脲酶酶活性提高最为显著，蔗糖酶活性在T4达到最大值2.964 μmol·g-1·h-1，过氧化氢酶活性在T2处理中到达顶峰值2.800 μmol·g-1·h-1，脲酶活性在T4达到最大值1.595 μg·g-1·h-1。这说明施用AM菌剂可以有效的提高土壤蔗糖酶、过氧化氢酶、脲酶酶活性。这主要是因为，土壤中很多因素影响着土壤酶，包括土壤养分质量分数的变化、水分渗透的变化，以及有机质质量分数的积累。脲酶活性和碱解氮、有机物质以及磷的元素的质量分数都表现出了明显的关联。土壤中过氧化氢酶活性跟有机物的质量分数呈正相关关系。由图1还可知，磷酸酶，淀粉酶活性相比对照组也有所上升，磷酸酶活性在T3达到最大值0.474 μmol·g-1·h-1，淀粉酶活性达到最大值0.046 μmol·g-1·h-1。淀粉酶其提高幅度较另3种酶活性相对较小，这可能由于磷酸酶和淀粉酶活性对于外界环境和管理等因素引起的变化较敏感。

已有研究表明郑兆飞[22]在毛竹林地土壤配施微生物菌肥的试验中，分析得到以下发现：配施微生物菌肥的处理中过氧化氢酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶的活性，均高于对照6倍左右，因此土壤当中的微生物可以使得毛竹林地土壤中的物质实现转变，促进了土壤酶活性的提高，使植被可以充分利用和吸收土壤中的营养物质。张丽娜[23]通过对萝卜地施用微生物菌肥，使得土壤中的脲酶活性及过氧化氢酶活性短期有显著浮动，最终趋于稳定。而本试验结果显示，土壤中不同酶活性对不同质量分数AM菌剂的耐受性不同，淀粉酶、蔗糖酶、磷酸酶在T3中达到最大值，而过氧化氢酶和脲酶在T4中达到最大值。这跟以前的试验成果相符合。过氧化氢酶活性先升后降，主要是由于过氧化氢的来源是植被的根部或者微生物，添加微生物菌剂以后，过氧化氢活性的提高使得过氧化物的降解速度提高，当菌剂质量分数不断降低以后，过氧化氢活性也相应降低。脲酶活性先降低后上升，在T4中达到最大值，这可能与土壤中化肥尿素的水解有关系。

土壤中的微生物种群跟与土壤中有机物质、氮、磷、土壤含水量和土壤pH值等环境因素存在紧密的联系[24]。对本次研究进行总结可以发现，添加AM菌剂以后土壤中细菌、放线菌和真菌的数量明显提高，与其他两个没有添加AM菌剂的对照组进行比较更加显著。研究发现AM真菌会对植被根部周围的微生物多样性造成影响。结果表明，土壤中放线菌数量增加，对植物耐极端干旱有促进作用，放线菌还具有固氮作用，有利于提高土壤铵态氮的水平[25-26]。

本试验中施用AM菌剂的土壤样品微生物相对值较对照组土壤均有显著提高。其中T2的土样中细菌的相对值显著低于其他各处理土样，而在T3土样中细菌的相对值达到最大值，T4土样的相对值仍高于CK土样。真菌的丰富程度先升后降，在T2土样中达到峰值。放线菌的丰富程度先降后升，在T4土样中到达峰值。分析数据结果可以发现，在沙地榆土壤中，微生物相对值的大小顺序为细菌、放线菌、真菌，表明细菌可促进土壤微生物活性的提高。在榆树幼苗生长过程中，其根系会不断产生分泌物质，对土壤微生物数量和相对值有很大影响，土壤微生物也会促进榆树的生长[27]。

添加AM菌剂的处理，土壤中营养物质的质量分数增加，微域环境相对改善。各处理中，AM菌剂与复合肥配施提高了土壤养分和有机质质量分数，进一步增加了土壤酶活性。单施用复合肥虽然也可以提高土壤养分和沙地榆长势，但会抑制一部分土壤酶活性和微生物数量，不同质量分数AM菌剂和复合肥配施可以有效的提高土壤酶活性和微生物数量。单施用复合肥虽然对总体酶活性有所提高，而对土壤淀粉酶和脲酶活性却有所抑制；细菌和放线菌数量相较于对照也显著下降。综上，不同质量分数AM菌剂与复合肥配施处理中，AM菌剂0.167 kg/hm2与复合肥配施对于土壤养分和提高土壤酶活性有相对明显的效果。