任 倩 ，閆雙堆 ，黨晉華，2，王春梅 ，張乃于

（1.山西農業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷 030801；2.山西省環(huán)境科學研究院，山西太原 030027）

煤炭露天開采往往對地表植被造成徹底破壞，長期的開采、剝離、混合形成面積龐大且養(yǎng)分低下的裸露排土場，給本來脆弱的草原生境增加生態(tài)負荷和脅迫。排土場的生態(tài)重建是維護區(qū)域生態(tài)穩(wěn)定的重要工作，但內蒙古自治區(qū)伊敏礦區(qū)氣候寒冷干燥，排土場土壤貧瘠、結構性差，恢復植被重建生態(tài)十分困難，開采后的整體復墾率僅在8%左右。改善排土場土壤結構、提高土壤肥力成為伊敏礦區(qū)排土場生態(tài)重建首要解決的問題。

相關研究表明，菌根共生體的形成除了能夠明顯改善宿主植物的礦質營養(yǎng)（磷、氮、硫以及微量元素等），還能夠增強宿主植物抗病、抗干旱、抗鹽害、抗重金屬毒害等諸多抗逆能力[1]。菌根菌與寄主植物形成菌根共生體后，可以明顯地增加寄主植物對營養(yǎng)成分的吸收[2]，并可以提高寄主植物的抗病性等[3]。接種菌根菌還可以使植物適應低溫脅迫，提高低溫適應能力[4]；森林群落的穩(wěn)定以及樹木的更新、生長均與外生菌根的類型及其多樣性有著直接的關系[5-7]。

腐植酸類物質對微生物菌劑增效作用明顯[8]，而伊敏礦區(qū)腐植酸資源豐富，本試驗擬探尋菌根菌劑與煤基腐植酸類物質配合施用，對土壤以及植物的改良作用，為干冷礦區(qū)生態(tài)重建過程中的土壤改良工作提供科學依據。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

表1 盆栽土壤的基本理化性質

供試作物披堿草是內蒙古自治區(qū)伊敏礦區(qū)的優(yōu)勢土著牧草，是主要的優(yōu)質高產飼草，于2016年5—10月在山西農業(yè)大學溫室進行盆栽種植。盆栽試驗土壤為混合性土壤，采自伊敏礦區(qū)排土場的表層腐殖土（栗鈣土）、亞表層黏土和下層沙土，混合比例為3∶3∶1，其理化性質列于表1。

伊敏煤礦主產褐煤，且腐植酸含量較高，供試褐煤理化性質列于表2。

表2 內蒙古自治區(qū)伊敏礦褐煤的特性

菌根菌由捷克諾曼公司提供，通過Olympus顯微鏡觀察，依據SCHENCK等[9]的《VA菌根真菌鑒定手冊》及國際AM真菌保藏中心INVAM網站（http://invam.wvu.edu/）上最新分類圖片及描述孢子種屬特征進行分類。經鑒定得到5個不同的屬：輪層碳菌屬（4.2個 /g）、毛殼菌屬（2個 /g）、球囊霉屬（9.7個/g）、無梗囊霉屬（6.4個/g）以及一個未定菌屬（5.6個/g）。

1.2 試驗設計

試驗使用25 cm×20 cm的聚乙烯塑料盆缽，每盆裝土4.5 kg。所有處理中均加入等量氮磷鉀肥，然后進行盆栽培養(yǎng)；N，P，K施加比例為1.5∶1∶1，即盆栽試驗 N，P2O5，K2O量分別為 0.06，0.04，0.04 g/kg。

試驗采用單因素完全隨機區(qū)組設計，每盆均施加等量褐煤9 g（4 500 kg/hm2），CK為不施加菌根菌，處理 1，2，3，4 分別為施加菌根菌 75，150，225，300 kg/hm2，共5個處理，每個處理3個重復，共15盆。2016年5月4日進行播種，對盆栽披堿草進行常規(guī)管理。

1.3 取樣及測定方法

2016年10月份待披堿草成熟后，用小土鉆取塑料盆缽內的土壤適量并保存。

1.3.1 根系侵染率的測定 采用PHILLINPS等[10]的乳酸甘油法進行檢測。植物根系采集后用清水沖洗干凈，剪成1 cm的根段，然后浸泡于FAA溶液（甲醛＋醋酸＋酒精）中，固定24 h后開始測定。用清水將根沖洗干凈并放入試管中，加100 g/L的KOH溶液浸泡根部，將試管放入水浴鍋中于90℃隔水加熱1 h，然后倒去KOH用清水沖洗干凈；加入堿性H2O2浸泡10～20 min或至根脫色為止，倒去堿性H2O2，用清水沖洗干凈；加入100 g/L HCl浸泡3～4 min，倒去HCl，用清水沖洗干凈；加入曲利苯藍染色液（曲利苯藍＋乳酸＋甘油），在水浴鍋中于90℃隔水加熱15 min，用清水沖洗干凈，倒入培養(yǎng)皿中，選取15條根段制片。

然后鏡檢，通過Mycocal.exe軟件計算出各處理菌根菌對披堿草根系侵染率、侵染密度及叢枝豐度。

1.3.2 土壤及植物樣品的測定 土壤全氮含量的測定采用開氏法；堿解氮的測定使用堿解擴散法；土壤全磷含量的測定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；土壤速效磷含量的測定采用0.5 mol/LNaHCO3法；土壤中全鉀含量的測定采用NaOH熔融-火焰光度法；土壤速效鉀含量的測定采用NH4OAc浸提-火焰光度法；土壤中有機質含量的測定使用重鉻酸鉀容量法-外加熱法；植物全氮含量的測定使用H2SO4-H2O2消煮，凱氏定氮法；植物全磷含量的測定使用H2SO4-H2O2消煮，釩鉬黃比色法；植物全鉀含量的測定使用H2SO4-H2O2消煮，火焰光度計法[11]。

1.4 數據分析

試驗采用Excel軟件進行數據處理與作圖；用DPS軟件進行統(tǒng)計分析，采用LSD法檢驗處理間差異顯著性，設定α＝0.05為顯著水平。

2 結果與分析

2.1 施加菌根菌對披堿草作物的影響

2.1.1 不同菌根菌施用量配施褐煤對披堿草生物量的影響 從表3可以看出，隨著菌根菌用量的增加，處理1，2，3，4的株高比CK分別增加21.16%，35.45%，46.03%，47.09%，其中，施加菌根菌用量為225，300 kg/hm2的處理與CK間差異顯著；處理1，2，3，4的根長比CK 分別增加 12.25%，14.22%，19.12%，25.49%，但處理間差異不顯著；處理1，2，3，4的地上地下干質量分別比CK增加了26.66%，46.37%，64.55%，71.76%，其中，施加菌根菌用量為225，300 kg/hm2的處理與CK間差異顯著；當菌根菌施用量為300 kg/hm2時，株高、根長、地上地下干質量都達到了最大。

這表明，施用菌根菌能促進披堿草的生長，從而增加披堿草的生物量。這與童琳等[12]的研究結果一致，即菌根真菌侵染對生物量累積具有一定的促進作用。自然條件下叢枝菌根普遍存在于土壤中，而較高菌根侵染率能夠促進植物的生長，這是由于披堿草根系形成的菌根促進了對土壤養(yǎng)分的吸收，從而促進了披堿草的生長[13]。

表3 不同菌根菌施用量配施褐煤對披堿草生物量的影響

2.1.2 不同菌根菌施用量配施褐煤對披堿草根系侵染效應的影響 侵染率是菌根真菌與宿主植物間共生是否親密的一種指標，侵染密度綜合性地體現了菌根真菌對宿主植物侵染的頻度和強度，叢枝豐度表明了宿主植物根內部叢枝的頻度和強度，可以體現出叢枝的豐富程度[14]。

從表4可以看出，各處理與CK相比均呈現出顯著性差異，各處理的根系菌根侵染率、侵染密度、叢枝豐度和根系叢枝豐度均顯著大于CK；施加菌根菌量為150 kg/hm2（處理2）的菌根侵染率顯著大于菌根菌用量為75 kg/hm2（處理1），其余處理間的各項指標均未達到顯著性差異水平，但在菌根菌劑施用量低于225 kg/hm2時，隨著菌根菌劑施用量的增加，菌根侵染率與侵染密度也隨之增加。這表明，施用菌根菌劑能促進披堿草根系菌根侵染效應，但并不是用量越多效果越好，當用量達到一定水平后，侵染效應不再增強。

表4 不同菌根菌施用量配施褐煤對披堿草根系侵染效應的影響 %

2.1.3 不同菌根菌施用量配施褐煤對披堿草養(yǎng)分吸收的影響 不同菌根菌施用量對披堿草養(yǎng)分吸收的影響如圖1所示。

從圖1可以看出，隨著菌根菌劑施用量的增多，披堿草中全氮量呈上升趨勢，與CK相比，菌根菌施用量為225 kg/hm2（處理3）與300 kg/hm2（處理4）達到顯著增加水平，含氮量分別增加了62.79%，81.40%；各處理與CK之間的全磷量差異不明顯，但在菌根菌劑施用量為150 kg/hm2時，披堿草中全磷含量最高，為3.50 g/kg；菌根菌劑施用量低于225 kg/hm2時，隨著施用量的增多，披堿草中全鉀含量隨之增加，與只施加褐煤的CK相比，菌根菌施用量為150 kg/hm2（處理2）與225 kg/hm2（處理3）達到顯著增加水平，全鉀含量分別增加了52.40%，54.12%，菌根菌劑施用量為300 kg/hm2（處理4）與225 kg/hm2（處理3）相比，披堿草中全鉀含量減少了10.95%?？梢缘贸觯┘泳鷦┛梢源龠M披堿草對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，在一定范圍內，隨著用量的增多，對氮素和鉀素的吸收利用率越高，而對磷的吸收雖然也有促進效果，但效果不明顯。

2.2 施加菌根菌對土壤養(yǎng)分的影響

2.2.1 不同菌根菌施用量配施褐煤對土壤速效養(yǎng)分的影響 土壤中植物當季可吸收利用的為各種速效養(yǎng)分，從圖2可以看出，施加菌根菌劑對堿解氮的影響不大，各處理與CK間均未達到顯著差異，菌根菌劑施用量為150 kg/hm2時，堿解氮含量最高，為26.25 mg/kg；速效磷隨著菌根菌劑施用量的增多有增加的趨勢，與CK相比，菌根菌劑施用量為225，300kg/hm2時，分別增加38.38%，48.47%，均達到顯著性差異水平；速效鉀隨著菌根菌劑施用量的增多有增加的趨勢，與CK相比，菌根菌劑施用量為225 kg/hm2（處理3）與300 kg/hm2（處理4）達顯著性差異水平，分別增加了139.51%，154.54%。從以上分析可以得出，施用菌根菌劑能提高土壤中的速效磷鉀養(yǎng)分，并隨著用量的增多，增加效果越明顯，同時對速效氮雖有一定的增加效果，但效果不明顯。

2.2.2 不同菌根菌施用量配施褐煤對土壤有機質含量的影響 不同菌根菌施用量對土壤有機質的影響如圖3所示。

由圖3可知，隨著菌根菌劑施用量的增加，與CK相比，處理1，2，3，4的土壤有機質含量分別增加了14.45%，281.51%，75.49%，39.98%，其中，當菌根菌施用量為150 kg/hm2（處理2）時，土壤有機質含量最高，顯著高于其他處理；當菌根菌劑施用量大于150 kg/hm2時，隨著其用量的增多，土壤有機質含量減少。這表明，施用菌根菌劑能提高土壤中有機質的含量，當用量達到一定值后，隨著用量的增加，土壤有機質含量減少。

3 討論與結論

本研究中，接種菌根菌劑能提高披堿草的生物量、增加菌根侵染效應、提高植株中氮磷鉀的含量。80%的陸生植物接種菌根真菌后可形成菌根結構[1]，可提高植物對氮、磷、鉀等營養(yǎng)元素的吸收效率[15]。許多研究表明[16-17]，菌根的形成改變了根和土壤之間微生物的平衡關系，使得根面和根際土壤里面的微生物，特別是對土壤養(yǎng)分活化和循環(huán)、植物生長產生影響變化的微生物種群在空間分布和數量上產生了變化，使得對植物的生長和養(yǎng)分吸收產生了一定的作用。叢枝菌根真菌根外菌絲可以利用NH4+，NO3-和簡單形態(tài)的氨基酸[18]，并在一定條件下還可以加速有機氮的礦化，進而使有機氮成為其可利用的氮素形態(tài)[19]。作為與地球上85%以上植物形成共生體系的菌根，能夠使得宿主植物對磷等礦質元素的吸收及其生長發(fā)育的能力增強[20]。在菌根形成之后，植物根際效應的內涵和非菌根植物范圍相比之下有所擴大，不僅僅是受根系分泌物影響的土壤區(qū)域，還有外生菌絲延伸生長的土壤區(qū)域。根際范圍的逐漸變大，增大了土壤養(yǎng)分活化與利用的范圍，增強了土壤—植物間養(yǎng)分的利用效率。外生的菌根真菌能夠分泌多種低分子的有機酸，降低pH值，從而活化土壤中的無效鉀[21]。外延的菌絲將吸收土壤中活化的鉀素及其他的養(yǎng)分供給寄主植物，從而促進寄主植物的生長和鉀的吸收，且田蜜等[22]研究表明，菌根菌對植物吸收土壤中的速效磷鉀的吸收都有一定的促進作用。當菌根菌劑施用量達到一定時，侵染效應趨于穩(wěn)定，對生物量及植物體中養(yǎng)分含量的影響效果不再明顯，甚至高用量的菌劑產生的效果呈下降趨勢，這與陳靜潔[23]研究結果相似，菌根菌生長繁殖需要從宿主植物中獲得碳水化合物，過多的繁殖體會與宿主植物爭奪有限的化合物，不利于菌根菌與宿主植物的生長，從而影響披堿草中養(yǎng)分的含量[24]。

在土壤養(yǎng)分方面，隨著菌根菌劑用量的增加，對土壤速效磷、鉀的含量影響較大，對堿解氮影響不大，這可能是由于菌根菌能促進土壤養(yǎng)分的釋放，這與前文中隨著菌根菌劑施用量的增多，披堿草的生物量增加相吻合。雖然土壤氮素是增多的，但披堿草對氮素的吸收量遠大于對磷、鉀素的需求，所以，其表現為堿解氮變化不明顯，而磷鉀呈增多的趨勢。本試驗添加的菌根菌劑中存在球囊霉素，球囊霉素能增加土壤有機碳庫，菌根菌可顯著提高根際土壤球囊霉素和有機質含量[25]，這能解釋當菌根菌劑施用量小于150 kg/hm2時，土壤有機質呈增多趨勢。菌根菌劑施用量高于150 kg/hm2后，有機質含量減少，這可能是由于大量菌根的形成，促進了根系微生物活性，菌根與微生物分泌的酶、有機酸等物質增加，促進了有機質的分解，從而使得土壤有機質減少，因此，接種菌根菌對礦區(qū)退化土壤具有顯著改良作用[26]。

本試驗結果表明，添加菌根菌劑能夠有效地促進植物根系侵染率，增加對氮磷鉀養(yǎng)分的吸收，從而提高植物的生物量。褐煤可以作為土壤添加劑，同時也可以作為菌根菌的有效生物載體，褐煤與菌根菌的有效結合能提高土壤綜合質量，促進逆境中植物生長，改良土壤，修復生態(tài)環(huán)境。

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