王 曉 畢銀麗,2 王 義 田 野 李 強(qiáng) 杜昕鵬 郭 蕓

（1. 中國礦業(yè)大學(xué)（北京）煤炭精細(xì)勘探與智能開發(fā)全國重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京 100083；2. 西安科技大學(xué)地質(zhì)與環(huán)境學(xué)院 西安 710054；3. 神華神東煤炭集團(tuán)有限公司 神木 719300）

我國是世界上最大的煤炭生產(chǎn)和消費(fèi)國，90%以上的煤炭資源通過井工開采獲得，開采的同時(shí)帶來了一系列生態(tài)環(huán)境問題,亟待進(jìn)行礦區(qū)生態(tài)修復(fù)。礦區(qū)生態(tài)恢復(fù)的首要任務(wù)是植被恢復(fù)，但采礦造成了大面積地表沉陷和植物根系拉傷，不利于沉陷區(qū)植被生長和恢復(fù)（畢銀麗, 2017）。自然條件下，采煤沉陷區(qū)的植被恢復(fù)緩慢，種植人工林和添加微生物菌劑來促進(jìn)采煤沉陷區(qū)生態(tài)恢復(fù)是目前國內(nèi)外廣泛運(yùn)用的手段（畢銀麗等, 2019）。

林下植物是森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組分，在維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定性、生物多樣性等方面發(fā)揮著重要作用（Carret al., 2011; 舒韋維等, 2021）。因此，林下植物恢復(fù)狀況也就成為礦區(qū)植被修復(fù)的關(guān)鍵指標(biāo)之一。調(diào)節(jié)林分密度是重要的經(jīng)營手段，可以實(shí)現(xiàn)林下植物所需的水、土、光、熱等資源的合理分配，最終影響林下植物狀態(tài)（Fredericksenet al.,2013）。林分密度影響植物群落對(duì)資源環(huán)境的利用與分配，是人工林群落結(jié)構(gòu)的數(shù)量指標(biāo)（丁繼偉等, 2018）。目前，有學(xué)者對(duì)不同林分密度下植物多樣性和土壤理化性質(zhì)進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)合理林分密度能提高林下植物的生物多樣性，改善土壤養(yǎng)分狀況，促進(jìn)人工林可持續(xù)發(fā)展（李婷婷等,2021）。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）是一種重要的土壤微生物，能與80%以上的陸地植物形成共生關(guān)系（Smithet al., 2008）, 在生態(tài)修復(fù)中發(fā)揮著重要作用。研究表明，菌根共生體可擴(kuò)大植物根系的養(yǎng)分吸收范圍，增強(qiáng)植物抵御生物和非生物脅迫的能力，加速植物生長和植物群落的建成，提高采煤沉陷區(qū)土地復(fù)墾的效率（畢銀麗等, 2020; 2021）。隨著微生物工程的發(fā)展，將AMF 應(yīng)用于田間試驗(yàn)探究其生態(tài)效應(yīng)的研究已取得一定成效。研究表明，在我國西部采煤沉陷區(qū)，接種AMF 可提高土壤養(yǎng)分有效性、胞外酶活性，進(jìn)而提高林下植物生物多樣性，促進(jìn)植物群落正向演替（畢銀麗等, 2019）。雖然關(guān)于人工林密度和AMF 單獨(dú)應(yīng)用于生態(tài)修復(fù)的研究較多，但是較少研究兩者交互作用對(duì)礦區(qū)生態(tài)修復(fù)的效應(yīng)。

沙棘（Hippophae rhamnoides）是西部干旱半干旱區(qū)植被恢復(fù)的重要樹種，在保持水土、防風(fēng)固沙和固氮改土等方面有重要意義。研究表明，沙棘人工林的群落結(jié)構(gòu)明顯優(yōu)于楊樹和柳樹林下植物的群落結(jié)構(gòu)（郭連金等, 2005）。沙棘有很強(qiáng)根蘗能力，在風(fēng)沙區(qū)尤為顯著，需不斷地平茬處理（范軍波等, 2008）。種植密度是種植沙棘林需考慮的重要因素之一。

本研究選取種植9 年的沙棘人工林，分析接種AMF 以及不同種植密度對(duì)林下植物及土壤性狀的影響，探究不同種植密度和接種叢枝菌根真菌（AMF）及其交互作用對(duì)我國干旱半干旱區(qū)采煤沉陷區(qū)生態(tài)修復(fù)的影響，篩選最優(yōu)的人工生態(tài)修復(fù)方式。

1 研究區(qū)概況與研究方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于陜西省神木市大柳塔鎮(zhèn)東山煤礦開采沉陷區(qū)國家水土保持示范園區(qū)（109°13′—110°67′E，38°50′—39°47′N）, 海拔1 200～1 300 m，處于黃土高原溝壑區(qū)向毛烏素沙漠的過渡地帶。該地屬典型干旱半干旱高原大陸性氣候區(qū)，全年干旱少雨，年降水量410.3 mm，平均氣溫8.9 ℃，雨熱同期，降水多集中在7—9 月。土壤類型以栗鈣土為主，養(yǎng)分貧瘠。當(dāng)?shù)氐南蠕h植物為一年生的草本植物狗尾草（Setaria viridis）和近一兩年生草本植物豬毛蒿（Artemisia scoparia）。煤炭開采后，產(chǎn)生了大量的地裂縫和沉陷，植被和土壤退化。2012 年在該區(qū)域建立了一系列生態(tài)恢復(fù)和水土保持的生態(tài)工程，引入了多種人工灌木及AMF的應(yīng)用。長期定位監(jiān)測發(fā)現(xiàn)，人工林種植和接種AMF 促進(jìn)了土壤養(yǎng)分提升，獲得了一定的生態(tài)效益（王瑾等, 2014）。

1.2 樣地設(shè)置與調(diào)查

樣地為沙棘人工林，林齡為9 年，選擇未人工干預(yù)的自然恢復(fù)區(qū)為對(duì)照，在當(dāng)?shù)厣臣麍@種植密度（1 800～2 250 tree · hm-2）的基礎(chǔ)上，考慮到采煤沉陷區(qū)土壤貧瘠、生態(tài)承載力低以及沙棘的根蘗能力強(qiáng)的特點(diǎn)，在人工修復(fù)區(qū)種植了當(dāng)?shù)孛芏龋? 667 tree · hm-2）以及2 個(gè)更小密度（1 111 tree · hm-2, 835 tree · hm-2）的沙棘果園，來探討最佳種植密度。在全面踏查該研究區(qū)后，采用典型樣地法，在接菌區(qū)和對(duì)照區(qū)選取現(xiàn)有種植密度為1 667 tree · hm-2（高）、1 111 tree · hm-2（中）、835 tree · hm-2（低）的沙棘人工林，每個(gè)處理隨機(jī)設(shè)置3 個(gè)20 m×20 m 的重復(fù)樣地，共21 個(gè)樣地。在2012 年沙棘林樣地采用條帶狀種植方式，行距均為3 m，3 個(gè)密度的株距分別為2、3 、4 m。種植沙棘后，在沙棘的根部周圍穴施50 g AMF 菌劑，種類為摩西管柄囊霉（Funneliformis mosseae）。菌劑由中國礦業(yè)大學(xué)（北京）微生物復(fù)墾實(shí)驗(yàn)室擴(kuò)繁獲得，孢子數(shù)為60 個(gè) · g-1土 。每個(gè)樣地的坡向、海拔、坡度等條件一致，總樣地面積為8 400 m2。2020 年10 月中旬測定植物生長狀況，每個(gè)樣地沿對(duì)角線設(shè)置3 個(gè)灌木樣方（5 m×5 m）、3 個(gè)草本樣方（1 m×1 m）。灌木層記錄種名、株高、冠幅及數(shù)量；草本層記錄其種類、株高、數(shù)量及草本層蓋度，將灌木幼苗計(jì)入草本層。2020 年10 月中旬取樣調(diào)查土壤狀況，在每個(gè)樣地的對(duì)角線取5 個(gè)取樣點(diǎn)，去除腐殖質(zhì)層和地表枯落物后，用土鉆取0～20 cm 表層土，混勻后裝入自封袋帶回實(shí)驗(yàn)室測定土壤的理化性質(zhì)、微生物量等指標(biāo)。草本植物生物量的測定采用全收獲法，將植物地上部進(jìn)行收獲，80 ℃烘干后測定質(zhì)量。

1.3 樣品測定

土壤含水量用烘干法測定；土壤的pH 值和電導(dǎo)率用浸提-電導(dǎo)法測定；土壤的機(jī)械組成用激光粒度儀Mastersizer 3000 測定（魏靜等, 2020）。土壤有機(jī)質(zhì)用重鉻酸鉀水合加熱法測定；土壤全氮用硫酸鉀-硫酸銅-硫酸消化，凱氏定氮法測定；土壤全磷用硫酸-高氯酸消煮，ICP-AES 上機(jī)測定的方法測定；有效磷用(NH4)2CO3浸提，ICP-AES 測定；有效氮用CaCl2浸提，流動(dòng)分析儀上機(jī)測定（鮑士旦, 2000）；土壤微生物量碳、氮、磷用氯仿熏蒸法測定（Jenkinsonet al., 2004; 吳金水等, 2006）；土壤菌絲密度用網(wǎng)格計(jì)數(shù)法測定（江飛焰，2019）；土壤孢子密度用濕篩-蔗糖差速離心法測定（Brundrettet al.,1996）；植物根系菌根侵染率用曲利苯藍(lán)染色法測定（Smithet al., 1991）。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

灌木層蓋度（shrub coverage，SC）計(jì)算公式如下：

式中：SA 為灌木覆蓋面積；TA 為土地面積。

重要值（important value，IV）表示物種在群落中的優(yōu)勢度指標(biāo)，灌木和草本層的重要值計(jì)算公式如下：

式中：RA 為相對(duì)多度；RC 為相對(duì)蓋度；RF 為相對(duì)頻度。

測定植物多樣性指數(shù)主要包括Shannon-Winner指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)、Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)，以及Margalef 豐富度指數(shù)，計(jì)算公式如下：

式中：H為 Shannon-Wiener 多樣性指數(shù)；Pi為 第i種物種個(gè)體數(shù)占群落總個(gè)體數(shù)的比例（%）；J為 Pielou均勻度指數(shù)；H'為Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)。其中R表示Margalef 豐富度指數(shù)；S為物種數(shù)目；N為所有物種的個(gè)體總數(shù)。

菌根侵染率、叢枝豐度等數(shù)據(jù)均小于1，故進(jìn)行反正弦轉(zhuǎn)換后再統(tǒng)計(jì)分析。所有數(shù)據(jù)均用SPSS 20.0進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)后進(jìn)行后續(xù)分析。用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行雙因素方差分析（two-way ANOVA）和最小顯著差異法（least significant difference， LSD）比較接種AMF 和不同種植密度對(duì)灌木生長指標(biāo)（蓋度、林下植物多樣性、植被蓋度、林下植物凈初級(jí)生產(chǎn)力）、微生物量指標(biāo)（碳、氮、磷含量）、AMF 特征（菌絲密度、孢子密度、菌根侵染率）的影響；用單因素方差分析（oneway ANOVA）和最小顯著差異法比較種植密度和接種AMF 對(duì)上述灌木生長、微生物量、AMF 特征的影響，分析接菌與密度處理的差異；用單因素分析和最小顯著差異法比較自然恢復(fù)區(qū)、對(duì)照區(qū)、接菌區(qū)各植物指標(biāo)與土壤指標(biāo)的差異；用Canoco 5.0 軟件對(duì)林下植物群落進(jìn)行主成分分析（principal components analysis，PCA），分析接種AMF 和種植密度對(duì)植物群落結(jié)構(gòu)的影響；用R 語言的“vegan”程序包對(duì)林下植物群落進(jìn)行聚類分析；用R 語言的“ggcor”程序包對(duì)土壤性狀進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，并對(duì)植物群落性狀與土壤及微生物性狀運(yùn)用“Mantel”檢驗(yàn)，研究其相關(guān)性；用SPSS 20.0 軟件進(jìn)行主成分分析，對(duì)林下植物指標(biāo)、土壤指標(biāo)，計(jì)算評(píng)分值進(jìn)行排序，用以綜合評(píng)價(jià)修復(fù)效果。

2 結(jié)果分析

2.1 接種AMF 與不同種植密度的沙棘生長差異

不同種植密度和接種AMF 均顯著影響沙棘林蓋度和現(xiàn)有密度（P=0.000）（圖1）。相同種植密度下，接菌可以顯著提高沙棘林蓋度與現(xiàn)有密度。在接菌和對(duì)照處理中，隨著種植密度增大，沙棘林蓋度與現(xiàn)有密度均顯著增加。

2.2 接種AMF 與種植密度的林下植物生長差異

2.2.1 接種AMF 與種植密度對(duì)林下植物生物量和蓋度的影響 接種AMF 與種植密度均顯著影響沙棘林下植物地上部生物量（P＜0.05），種植密度顯著改變沙棘林下植物的蓋度（P＜0.05）。相同種植密度下，接菌區(qū)的林下植物生物量顯著高于對(duì)照區(qū)。林下植物的蓋度在接菌區(qū)和對(duì)照區(qū)無顯著性差異。林下植物生物量在中等種植密度下最大，在高種植密度下最小（圖2a）。隨著種植密度的增加，林下植物蓋度隨著人工林種植密度的增加顯著降低（圖2b）。自然恢復(fù)區(qū)林下植物地上部生物量與植被蓋度顯著低于其他處理。

圖2 不同接菌處理和種植密度林下植物地上生物量（a）和蓋度（b）Fig. 2 Understory shoot biomass (a) and coverage (b) under different mycorrhizal treatments and planting density

2.2.2 接種AMF 與種植密度對(duì)林下植物多樣性的影響 本次調(diào)查中共發(fā)現(xiàn)9 科18 屬18 種植物，以禾本科、菊科、藜科為主。沙棘林下植物隨著種植密度的增加，總物種數(shù)和一年生草本的物種數(shù)減少；中等種植密度下，林下植物的多年生物種數(shù)高于其他種植密度。人工復(fù)墾區(qū)的物種數(shù)均高于自然恢復(fù)區(qū)。

如圖3 與表1 所示，接種AMF 與種植密度顯著影響沙棘林下植物Pielou 均勻度指數(shù)與Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)，且兩者交互作用對(duì)林下植物的Pielou 均勻度指數(shù)具有顯著影響（P=0.017）（表1）。隨種植密度的增加，林下植物Pielou 均勻度指數(shù)顯著增加，Simpson優(yōu)勢度指數(shù)顯著降低；接菌區(qū)的Pielou 均勻度指數(shù)高于對(duì)照區(qū)，接菌區(qū)林下植物的Simpson 優(yōu)勢度顯著低于對(duì)照區(qū)（圖3）。人工復(fù)墾區(qū)的Shannon-Wiener 指數(shù)、Pielou 均勻度指數(shù)與Margalef 豐富度指數(shù)均顯著高于自然恢復(fù)區(qū)，而Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)顯著低于自然恢復(fù)區(qū)（圖3）。

表1 雙因素結(jié)果分析表Tab. 1 The result of two-way ANOVA analysis

圖3 林下植物的α 多樣性指數(shù)Fig. 3 the α diversity indexes of understory vegetation

2.2.3 接種AMF 與種植密度對(duì)林下植物群落結(jié)構(gòu)的影響 對(duì)林下植物群落進(jìn)行主成分分析，PC1 解釋了植物群落變化的38.9%，PC2 解釋了植物群落變化的18.11%（圖4a）。接種AMF（F=2.648，P=0.028）與種植密度（F=7.110，P＜0.001）均顯著改變林下植物群落組成。低種植密度中對(duì)照區(qū)占據(jù)優(yōu)勢木本植物為芹葉鐵線蓮（Clematis aethusifolia），草本植物為多年生本氏針茅（Stipa capillata）、糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）、沙鞭（Psammochloa villosa）及一年生草本植物豬毛菜（Salsola collina）和狗尾草；中等種植密度中對(duì)照區(qū)占據(jù)優(yōu)勢地位的木本植物為沙棘，草本植物為沙鞭、豬毛菜和狗尾草；在高種植密度下，對(duì)照區(qū)占據(jù)優(yōu)勢地位的植物為草本植物，而接菌區(qū)的優(yōu)勢木本植物為芹葉鐵線蓮、沙棘，草本植物為本氏針茅、豬毛菜和狗尾草。自然恢復(fù)區(qū)優(yōu)勢物種為多年生半灌木油蒿（Artemisia ordosica）、一年生草本植物刺穗藜（Dysphania aristata）與狗尾草，群落結(jié)構(gòu)單一，多為一年生植物。聚類分析結(jié)果顯示，接菌區(qū)的植物群落與對(duì)照區(qū)低種植密度和中等種植密度下的植物群落相似，對(duì)照區(qū)高種植密度林下植物的群落與自然恢復(fù)區(qū)群落相似（圖4b）。

圖4 林下植物群落主成分分析（a）和聚類分析（b）

2.3 接種AMF 與種植密度的土壤理化性質(zhì)和微生物性狀差異

2.3.1 接種AMF 與種植密度對(duì)土壤理化性質(zhì)的影響不同接菌和種植密度處理的土壤理化性質(zhì)存在差異（表2）。接菌區(qū)的土壤pH 值顯著高于對(duì)照區(qū)且土壤的pH 均隨著種植密度的增加而逐漸增大。接菌區(qū)與對(duì)照區(qū)的土壤電導(dǎo)率和機(jī)械組成無顯著性差異，中等種植密度的土壤電導(dǎo)率值最高。低種植密度土壤黏粒含量和粉粒含量顯著低于其他種植密度。接菌與種植密度對(duì)表層土壤含水量和土壤有機(jī)質(zhì)含量無顯著影響。接菌和種植密度顯著影響土壤的全氮含量，中等種植密度土壤全氮含量最高。接種AMF 顯著提高了土壤中的全磷和有效磷含量；高種植密度土壤全磷含量最高，有效磷含量最低。自然恢復(fù)區(qū)土壤pH 值、電導(dǎo)率值、黏粒、粉粒、有機(jī)質(zhì)、全氮含量均低于人工復(fù)墾區(qū)，砂粒含量和有效磷含量顯著高于人工復(fù)墾區(qū)。

表2 不同接菌處理和種植密度的表層土壤理化性質(zhì)（均值±標(biāo)準(zhǔn)差）①Tab. 2 the physicochemical properties of understory topsoil in different mycorrhizal and planting density

2.3.2 接種AMF 與種植密度對(duì)土壤微生物性狀的影響 接種AMF 顯著提高了土壤的菌絲密度和孢子密度（圖5）。在對(duì)照區(qū)，隨著種植密度的增加，土壤中的菌絲密度和孢子密度顯著增加。在接菌區(qū)，種植密度對(duì)土壤中的菌絲密度和孢子密度無顯著性影響。接種AMF 顯著提高了沙棘根系菌根侵染率、侵染強(qiáng)度和叢枝豐度（表3）。在對(duì)照區(qū)，隨著種植密度的增加，沙棘根系侵染頻度、侵染強(qiáng)度和叢枝豐度均逐漸增加。在接菌區(qū)，隨著種植密度的增加，侵染強(qiáng)度和叢枝豐度顯著增加，侵染頻度無顯著性變化。中等沙棘人工林種植密度下，土壤的微生物量碳含量顯著高于其他種植密度（圖5c）。不同接菌處理和種植密度均會(huì)顯著影響人工林下土壤微生物量氮的含量；接菌區(qū)土壤微生物量氮含量總體上顯著高于對(duì)照區(qū)；中等種植密度下，土壤的微生物量氮含量均顯著高于其他種植密度（圖5d）。接菌處理和不同種植密度對(duì)沙棘林下土壤的微生物量磷含量均無顯著影響，在接菌區(qū)中等種植密度的沙棘人工林下微生物量磷的含量最高，約為2.5 mg·kg-1（圖5e）。自然恢復(fù)區(qū)土壤中的AMF 的生物量與微生物量碳氮磷含量均低于人工復(fù)墾區(qū)。

表3 不同接菌和種植密度處理下沙棘根系菌根侵染情況①Tab. 3 The root colonization of Hippophae rhamnoides in different mycorrhizal and planting density treatment

圖5 土壤菌絲密度（a）、孢子密度（b）以及土壤微生物量碳（c）、氮（d）、磷（e）Fig. 5 the soil hyphal length density（a），spore number （b）and the soil microbial biomass carbon (c), nitrogen（d）and phosphorus (e)

2.4 林下植物群落與環(huán)境因子的關(guān)系

對(duì)植物群落的多樣性、蓋度、生物量以及群落結(jié)構(gòu)矩陣與環(huán)境因子矩陣進(jìn)行mantel 分析（圖6）。結(jié)果表明，土壤酸堿度、機(jī)械組成、有機(jī)碳、有效磷、沙棘林蓋度、沙棘數(shù)量、菌絲密度、孢子密度與林下植物多樣性、林下植物生物量、林下植物蓋度具有顯著正相關(guān)關(guān)系；電導(dǎo)率、全氮與林下植物多樣性、林下植物生物量、林下植物蓋度及林下植物群落結(jié)構(gòu)具有顯著正相關(guān)關(guān)系；微生物量碳與林下植物群落結(jié)構(gòu)顯著相關(guān)，微生物氮與林下植物多樣性及林下植物群落結(jié)構(gòu)具有顯著正相關(guān)關(guān)系。對(duì)土壤、沙棘林的性狀進(jìn)行Pearson 相關(guān)性分析，結(jié)果表明土壤的微生物量碳、氮、磷以及AMF 生物量均與土壤理化性狀以及人工林沙棘生長狀況具有顯著的相關(guān)關(guān)系。以上結(jié)果表明，人工林生長狀況、林下植物群落、土壤理化性質(zhì)及土壤微生物之間具有一定的聯(lián)動(dòng)效應(yīng)和反饋機(jī)制。

圖6 林下植物與土壤性狀之間的mantel 檢驗(yàn)Fig. 6 the Mantel’s test between understory vegetation and soil properties

2.5 接種AMF 與種植密度和土壤改良效應(yīng)的主成分分析

為了綜合評(píng)價(jià)不同接菌處理與種植密度對(duì)采煤沉陷區(qū)生態(tài)修復(fù)的效應(yīng)，探究最優(yōu)的人工生態(tài)修復(fù)方式，對(duì)土壤的機(jī)械組成、養(yǎng)分含量等理化性質(zhì)，土壤微生物生物量及植物地上部群落的多樣性等19 個(gè)指標(biāo)進(jìn)行了主成分分析，篩選了特征值大于1 的5 個(gè)主成分，以每個(gè)主成分所對(duì)應(yīng)的特征值的權(quán)重計(jì)算綜合主成分值，并對(duì)綜合主成分值進(jìn)行排序。由綜合得分排名可知（表4），接菌區(qū)中等密度＞對(duì)照區(qū)中等密度＞接菌區(qū)高密度＞對(duì)照區(qū)高密度＞接菌區(qū)低密度＞對(duì)照區(qū)低密度。

表4 不同處理植被與土壤改良效應(yīng)綜合得分及排名Tab. 4 Comprehensive score and ranking of vegetation diversity and soil improvement with different mycorrhizal and planting diversity treatments

3 討論

林下植物生物量和多樣性是衡量生態(tài)修復(fù)功能的重要指標(biāo)，反映了林下植物對(duì)資源的獲取能力以及林下植物的豐富度，在維持生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性過程中發(fā)揮著重要的作用（金鎖等, 2020; Areset al., 2010）。研究表明，喬木層不同郁閉度可以影響喬木層截留的光照和水分等資源，影響林下灌木層和草本層植被生長和分布（張?bào)愕? 2021）。本研究中，研究區(qū)域位于西部采煤沉陷區(qū)，原有植被群落結(jié)構(gòu)簡單，土壤貧瘠，種植喬木等植被存在一定難度。沙棘是西部采煤沉陷區(qū)植被恢復(fù)的重要灌木，為胡頹子科，根系發(fā)達(dá)，能與弗蘭克氏菌發(fā)生共生固氮作用，改善土壤狀況，為其他植物提供良好的環(huán)境，常被作為是改善損傷生態(tài)系統(tǒng)的“先鋒植物”（張愛梅等, 2020）。沙棘種植多年后，不同沙棘人工林的種植密度下形成了不同的現(xiàn)有密度和沙棘灌木林的蓋度，造成了不同的沙棘優(yōu)勢度。沙棘的林下植物的優(yōu)勢物種以芹葉鐵線蓮和糙隱子草等多年生植物，屬于灌草復(fù)合的生態(tài)系統(tǒng)，生態(tài)系統(tǒng)具有穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)。而自然恢復(fù)區(qū)的植被優(yōu)勢物種以毛烏素沙地先鋒物種油蒿和一年生草本植物刺穗藜、狗尾草（孫迎濤等, 2022），結(jié)構(gòu)簡單（圖4）。在低種植密度和中等種植密度下，林下植物的生物量顯著高于高種植密度，林下植物蓋度也高于高種植密度（圖2）。因此，合理的種植密度能夠促進(jìn)林下植物生長和正向演替，高種植密度限制林下植物生物量和蓋度，延緩了植物群落的演替和生態(tài)回復(fù)的速度。以往的研究表明，林下植物的多樣性指數(shù)在灌木層和草本層呈現(xiàn)出不同的響應(yīng)機(jī)制（舒維韋等, 2021）。林下植物的Pielou 均勻度指數(shù)與Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)在不同沙棘林密度下，具有顯著性差異（圖3）。隨著種植密度的增加，林下植物的Pielou 均勻度顯著增加，而Simpson 優(yōu)勢度顯著降低。Pielou 均勻度不受物種豐富度的影響，僅僅表示物種的數(shù)目在群落中分布的均勻程度（馬克平等, 1995）。在杉木林研究中，隨林分密度降低，灌木獲得了更大的生存空間和養(yǎng)分資源，草本植物的生長受到限制，使其林下草本層植物的多樣性和均勻度降低（谷振軍等, 2021; 張柳樺等, 2019）。本研究中隨著種植密度的增加，沙棘人工林的優(yōu)勢度增加，占據(jù)更多的空間和資源，灌木以及多年生的草本植物的資源獲取受到限制，林下植物群落趨向于簡單的一年生草本（圖4），降低了灌木對(duì)資源的競爭優(yōu)勢，從而提高了林下植物群落的整體均勻度。因此，中等種植密度更有利于林下植物的多樣性和穩(wěn)定性。

林分密度改變了林下植物的群落結(jié)構(gòu)，影響林下生境，導(dǎo)致林下土壤的理化性質(zhì)和微生物性狀產(chǎn)生差異（張勇強(qiáng)等, 2020; 丁凱等, 2021）。隨著沙棘人工林種植密度的增加，沙棘根系分泌有機(jī)酸等化學(xué)物質(zhì)促進(jìn)土壤養(yǎng)分循環(huán)，改善養(yǎng)分狀況。同時(shí)，沙棘具有較強(qiáng)的根蘗能力，合理的種植密度可快速形成灌叢，增強(qiáng)了根系的固土，抗侵蝕能力，有利于改善土壤結(jié)構(gòu)（董哲等, 2012）。土壤含水量和機(jī)械組成是土壤重要的物理性質(zhì)。本研究中，不同的沙棘林種植密度對(duì)土壤含水量無顯著性影響，顯著影響了其機(jī)械組成（表2）。中等和高種植密度的土壤黏粒含量和粉粒含量顯著高于低種植密度。土壤的黏粒含量和粉粒含量與人工林蓋度、土壤有機(jī)質(zhì)、全氮以及微生物性狀具有顯著的正相關(guān)關(guān)系（圖6）。Ec 值是反映土壤中無機(jī)鹽離子的重要指標(biāo)，與土壤中堿解氮、有效鉀、有效鋅等含量具有顯著的正相關(guān)性（田祥珅等, 2021）。本研究中，土壤電導(dǎo)率較低，隨著沙棘林種植密度增加，Ec 呈現(xiàn)先增加后降低的“單峰”型變化，在中等種植密度下土壤Ec 值最高（表2）。隨著種植密度增加，AMF 生物量與菌根侵染率均呈現(xiàn)逐漸增加的趨勢，說明隨著種植密度增加，AMF 能夠從植物獲取更多資源，植物對(duì)AMF 的依賴性增加。

當(dāng)前關(guān)于人工林種植密度與接種AMF 對(duì)生態(tài)修復(fù)的交互作用的研究較少。AMF 與植物形成共生關(guān)系后，可以提供給植物N、P 等養(yǎng)分和水分，作為“回報(bào)”，植物為AMF 提供其生長所需的碳源（Kierset al., 2011）。本研究發(fā)現(xiàn)，雖然人工林密度和接種AMF 均顯著影響了林下植物的Pielou 均勻度指數(shù)和Simpson 優(yōu)勢度，但是在接菌區(qū)，種植密度對(duì)林下植物的Simpson 優(yōu)勢度指數(shù)的影響并不顯著（圖3）。通過對(duì)林下植物進(jìn)行主成分分析和聚類分析發(fā)現(xiàn)，接菌區(qū)林下植物群落的優(yōu)勢物種均為多年生灌木與草本植物；而對(duì)照區(qū)高種植密度下的林下植物群落的優(yōu)勢物種僅為多年生草本植物與一年生草本植物，群落結(jié)構(gòu)與自然恢復(fù)區(qū)更加相似（圖4）。因此，合理的種植密度和接種AMF 林下植物群落結(jié)構(gòu)更加復(fù)雜，有利于提高生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾能力，進(jìn)而提高生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。在對(duì)照區(qū)，AMF 的菌絲密度、孢子密度、菌根侵染率在不同種植密度下具有顯著差異，而接菌區(qū)無顯著差異，均高于對(duì)照區(qū)。接種AMF 后，土壤的養(yǎng)分得到了改善，土壤的全磷含量和有效磷含量顯著高于對(duì)照區(qū)（表2）。以上的結(jié)果表明，接種AMF 后，AMF與沙棘的共生關(guān)系更加緊密，促進(jìn)了土壤中養(yǎng)分的活化，減少種植密度對(duì)林下植物生長的抑制作用（悅飛雪等, 2019）。土壤中的AMF 生物量顯著增加，AMF的生物量與土壤有效磷具有顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖5）。一方面，巨大的菌絲網(wǎng)絡(luò)可以突破根系的養(yǎng)分耗竭區(qū)，擴(kuò)大根系的吸收范圍。另一方面，AMF 可以與解磷細(xì)菌互作，活化土壤中難利用態(tài)的磷（Zhanget al., 2016），緩解了高林分密度對(duì)土壤養(yǎng)分和林下植物的抑制作用。接種AMF 后，AMF 與沙棘形成了良好共生關(guān)系，改善了林下植物的生長環(huán)境，為林下植物的生長提供了更多的生態(tài)位，打破了沙棘優(yōu)勢度過高所帶來的養(yǎng)分限制，促進(jìn)了林下植物正向演替。在植被恢復(fù)的過程中，隨著植被生長和更新，植被群落的物種組成和多樣性會(huì)發(fā)生變化，動(dòng)態(tài)監(jiān)測不同密度及接種AMF人工林的生態(tài)效應(yīng)具有重要意義。

4 結(jié)論

中等種植密度沙棘人工林林下植被生物量、AM真菌生物量、微生物生物量及土壤理化性質(zhì)均處于較高水平，生態(tài)修復(fù)效果最佳；接種AMF 促進(jìn)了土壤養(yǎng)分的活化，為沙棘人工林提供了更多的生態(tài)位，打破了種植密度過高對(duì)林下植被生長和正向演替的限制。