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        接種叢枝菌根真菌對采煤沉陷區(qū)側(cè)柏生長的影響

        2016-10-19 23:42:06李少朋畢銀麗彭星
        湖北農(nóng)業(yè)科學(xué) 2016年6期

        李少朋 畢銀麗 彭星

        摘要:為了提高采煤沉陷區(qū)植被覆蓋率和退化土壤生產(chǎn)力,增加礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。通過在采煤沉陷區(qū)側(cè)柏[Platycladus orientalis(L.) Franco]根系接種叢枝菌根真菌,研究了兩者的共生關(guān)系,并研究接種叢枝菌根真菌對側(cè)柏生長的影響以及菌根生態(tài)效應(yīng)。結(jié)果表明,接種叢枝菌根真菌提高了側(cè)柏根系的菌絲侵染率,接種區(qū)側(cè)柏菌絲侵染率高達(dá)75%以上,菌絲密度達(dá)到2.26 m/g。接種叢枝菌根真菌促進(jìn)了側(cè)柏的生長,接種區(qū)側(cè)柏株高平均比未接種區(qū)高出6.83 cm;接種菌根提高了側(cè)柏根系對土壤中速效磷和速效鉀的吸收,改善了側(cè)柏根際的微環(huán)境。

        關(guān)鍵詞:側(cè)柏[Platycladus orientalis(L.) Franco];叢枝菌根真菌;采煤沉陷區(qū);土壤

        中圖分類號:S791.38 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:A 文章編號:0439-8114(2016)06-1491-04

        DOI:10.14088/j.cnki.issn0439-8114.2016.06.032

        神東礦區(qū)位于毛烏素沙地的邊緣地帶,介于黃土高原北部與鄂爾多斯高原南部的交界地帶,整個(gè)區(qū)域內(nèi)地貌千溝萬壑,土壤沙化嚴(yán)重,表土相對貧瘠,肥力欠缺,生物多樣性低[1-4]。加之現(xiàn)代煤炭開采導(dǎo)致大面積地表沉陷,進(jìn)而導(dǎo)致地表植被和土壤的退化,可耕土地面積逐年變少[5,6]。神東礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理是一個(gè)系統(tǒng)工程,采煤塌陷地復(fù)墾和生態(tài)重建必須考慮到可持續(xù)性。隨著中國“生態(tài)文明”理念的提出,對礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理和保護(hù)已引起政府和企業(yè)的高度重視,各種治理方法相繼出現(xiàn)。神東礦區(qū)采煤沉陷區(qū)由于物理化學(xué)方法治理成本高且可持續(xù)性差,很難大面積推廣應(yīng)用;而生物治理措施是國內(nèi)外比較倡導(dǎo)的方法之一。叢枝菌根真菌(Arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是普遍存在于植物根際的生物“菌肥”,其可與80%以上的陸生植物形成共生關(guān)系[7]。大量的研究表明,叢枝菌根真菌可提高宿主的抗旱性[8]、緩解重金屬脅迫[9]、抗鹽害[10]和抗病能力[11]等,促進(jìn)植物對土壤中養(yǎng)分和水分的吸收[12]。基于此,試驗(yàn)對采煤沉陷區(qū)土壤上生長的側(cè)柏[Platycladus orientalis(L.)Franco]根系接種叢枝菌根真菌,研究接種叢枝菌根真菌對側(cè)柏生長的影響及其生態(tài)效應(yīng),從而為礦區(qū)采煤塌陷地治理提供技術(shù)支持,也為叢枝菌根真菌在礦區(qū)土壤推廣應(yīng)用提供依據(jù)。

        1 材料與方法

        1.1 試驗(yàn)地概況

        試驗(yàn)地點(diǎn)位于陜西省神木縣中雞鎮(zhèn),屬于神東煤礦活雞兔礦井采空塌陷區(qū)的一部分(合計(jì)4 050 m2),位于陜北黃土高原溝壑區(qū)與毛烏素沙地交界的邊緣地區(qū),臨近中大路,交通比較方便。區(qū)域內(nèi)年均氣溫7.3 ℃,年均降雨量在365 mm。該區(qū)氣候冷熱多變,溫差懸殊,風(fēng)沙頻繁,無霜期短,冰凍期長;冬季干旱,夏季暴雨,且雨季集中,蒸發(fā)強(qiáng)烈,年平均蒸發(fā)量是年平均降雨量的4.55~6.72倍。

        1.2 材料與處理

        試驗(yàn)選擇側(cè)柏為供試植物,供試叢枝菌根真菌為摩西球囊霉菌(Glomus mosseae),簡稱G.m,G.m由中國礦業(yè)大學(xué)(北京)微生物復(fù)墾實(shí)驗(yàn)室野外擴(kuò)繁而得。

        試驗(yàn)分別設(shè)接種小區(qū)(+M)和對照小區(qū)(CK),小區(qū)面積50 m2,各重復(fù)3次。2011年5月初種植側(cè)柏,并在+M試驗(yàn)小區(qū)接種G.m。在2011年9月末分別測定側(cè)柏的株高和冠幅,并按“S”型采樣法在試驗(yàn)地里均勻選取15個(gè)樣點(diǎn),采集樣點(diǎn)內(nèi)側(cè)柏的根際土壤。

        1.3 測定方法

        除植株的株高和冠幅在田間采用卷尺測定外,其他的指標(biāo)均在中國礦業(yè)大學(xué)(北京)微生物復(fù)墾實(shí)驗(yàn)室內(nèi)測定。菌絲侵染率采用臺盼藍(lán)染色法測定[13],菌絲密度采用網(wǎng)格交叉法測定[14],根際土壤pH和電導(dǎo)率(EC)分別利用pH計(jì)和電導(dǎo)儀測定,土壤速效磷含量測定采用鉬銻抗比色法測定,土壤速效鉀含量采用火焰光度計(jì)法[15]測定。

        1.4 數(shù)據(jù)處理

        試驗(yàn)所得數(shù)據(jù)采用Microsoft Office Excel 2003軟件處理并作圖,應(yīng)用DPS 7.05統(tǒng)計(jì)分析軟件進(jìn)行LSD最小顯著法測驗(yàn)。

        2 結(jié)果與分析

        2.1 接種AMF對側(cè)柏株高和冠幅的影響

        側(cè)柏是適應(yīng)性較強(qiáng)的常綠喬木,其耐干旱瘠薄、抗鹽堿能力較強(qiáng),對土壤質(zhì)地要求不高,所以是礦區(qū)復(fù)墾和生態(tài)重建的主要樹種之一。但在干旱半干旱的采煤沉陷區(qū),現(xiàn)代煤炭開采加劇了土壤水分的流失,從而使植物受干旱的影響加重。試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌側(cè)柏的株高和冠幅比較情況見圖1。從圖1可見,接種區(qū)側(cè)柏的株高比對照區(qū)平均高出6.83 cm,且兩者差異達(dá)到了顯著水平(P<0.05);而接種區(qū)側(cè)拍的冠幅雖然略高于對照區(qū),但兩者間無顯著差異(P>0.05)。說明接種菌根能擴(kuò)大側(cè)柏根系與土壤的接觸面積,更有利于側(cè)柏根系對土壤水分和養(yǎng)分的吸收利用,緩解了水分缺失對側(cè)柏生長的影響。

        2.2 接種AMF對側(cè)柏根系菌絲侵染率的影響

        叢枝菌根真菌是自然界中普遍存在的一種土壤微生物,陸地上90%以上的有花植物都能夠與它形成菌根共生體,試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌側(cè)柏的根系菌絲侵染率比較情況見圖2。由圖2可見,接種區(qū)側(cè)柏的根系菌絲侵染率顯著高于對照區(qū)(P<0.05),且接種區(qū)側(cè)柏根系的菌絲侵染率高達(dá)75%,說明菌根和側(cè)柏根系形成了互惠互利的共生體,反映出試驗(yàn)所選用的叢枝菌根真菌與側(cè)柏之間的選擇適應(yīng)性是合適的。由于神東礦區(qū)采煤塌陷地的面積較大,采用物理化學(xué)方法對其進(jìn)行治理所需成本高,而添加化學(xué)物質(zhì)往往會引起土壤再次污染,且不能從根本上解決礦區(qū)植被退化的問題。所以叢枝菌根真菌作為一種良好的生物“菌肥”,在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境治理中具有較大的應(yīng)用價(jià)值和潛力。

        2.3 接種AMF對側(cè)柏菌絲密度的影響

        菌絲不僅在植物生長和營養(yǎng)吸收方面起促進(jìn)作用,而且還對提高植物的抗逆性有極大的功效;作為反映菌絲生長能力的一個(gè)指標(biāo),菌絲密度的高低可以反映出菌根對促進(jìn)植物生長、營養(yǎng)吸收和增強(qiáng)植物抗逆性等方面能力的強(qiáng)弱;菌絲密度越高,菌絲越長,對于植株的影響就越明顯,促進(jìn)植物生長的能力就越強(qiáng)。試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根系內(nèi)菌絲密度變化的情況見圖3。由圖3可以看出,接種G.m的菌絲密度達(dá)到2.26 m/g以上,顯著高于對照(P<0.05)。顯示出叢枝菌根真菌菌絲體增加了根系的生存空間和作用的范圍,更加有利于植物的生長。

        2.4 接種AMF對土壤pH和電導(dǎo)率的影響

        土壤pH的高低將影響植物的生長,也會影響根際微生物的活動,從而影響到礦區(qū)塌陷地的生態(tài)恢復(fù)效果。試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤pH變化的情況見圖4。從圖4可見,接入?yún)仓婢髠?cè)柏根際土壤的pH要高于對照土壤,并且差異顯著(P<0.05);可能是因?yàn)镚.m使得根系分泌出更多的堿性物質(zhì),或者是土壤表面的氫氧根離子被置換出來造成的。電導(dǎo)率(EC)在生態(tài)學(xué)中通常是以數(shù)字表示溶液傳導(dǎo)電流的能力,反映出基質(zhì)中鹽基離子的濃度,試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤電導(dǎo)率變化的情況見圖5。從圖5可見,接種G.m有利于根際土壤電導(dǎo)率的增加,且顯著高于對照(P<0.05)。說明叢枝菌根真菌增加了土壤的導(dǎo)電能力,使得一些物質(zhì)更加易于運(yùn)輸,這對于植物根系吸收土壤中的水分和養(yǎng)分是非常有利的。

        2.5 接種AMF對土壤速效鉀含量的影響

        鉀元素是植物生長過程中不可或缺的大量元素之一,其可以提高光合作用的強(qiáng)度,增強(qiáng)植(作)物的抗逆性和抗病能力,還能提高植(作)物對氮的吸收利用能力,所以提高植物對土壤鉀元素的吸收效率,是礦區(qū)復(fù)墾和生態(tài)重建的核心所在。速效鉀是指在土壤中能夠被植物吸收利用的水溶性鉀和交換性鉀,速效鉀的測定可以確定該地區(qū)土壤鉀供應(yīng)水平以及確定是否需要施用鉀肥及鉀肥用量[16]。試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤里速效鉀含量變化的情況見圖6。從圖6可見,對照處理的側(cè)柏根際土壤中速效鉀含量要高于接G.m處理,并且差異顯著(P<0.05),這可能是G.m菌根菌絲體協(xié)助植物根系將土壤中的速效鉀吸收并轉(zhuǎn)移到植物體內(nèi)所致。神東礦區(qū)由于煤炭開采對土壤質(zhì)地的破壞較大,土壤養(yǎng)分流失較為嚴(yán)重,加之該區(qū)位于毛烏素沙地邊緣,土壤養(yǎng)分含量較低,從而影響植物根系對土壤中礦質(zhì)元素的吸收。并且神東礦區(qū)土壤保肥能力較差,通過單一的施肥手段很難實(shí)現(xiàn)植物生物量最大化,也不利于從根本上解決土壤貧瘠問題。

        2.6 接種AMF對土壤速效磷含量的影響

        試驗(yàn)測定的接種叢枝菌根真菌后側(cè)柏根際土壤里速效磷含量變化的情況見圖7。從圖7可見,接種叢枝菌根真菌影響側(cè)柏根系對土壤中有效磷的吸收。接G.m處理與對照處理根際土壤速效磷含量的差異達(dá)到顯著水平(P<0.05),尤其是對照土壤中有效磷含量是接G.m處理的2倍,這可能是叢枝菌根真菌和側(cè)柏之間形成了大量的菌絲體,菌絲體提高了植物根系對土壤中速效磷的吸收,加之對照土壤中的pH更接近于中性,這有利于提高土壤磷的有效性,所以根際土壤里速效磷含量少了。磷元素是植物生長必需的大量元素,接種叢枝菌根真菌對土壤中磷的利用大大提高,這有利于礦區(qū)采煤沉陷區(qū)土壤植被的恢復(fù)生長。

        3 小結(jié)

        1)接種叢枝菌根真菌提高了采煤沉陷區(qū)側(cè)柏根系的菌絲侵染率,5個(gè)月后,接種區(qū)側(cè)柏菌絲侵染率高達(dá)75%以上,同時(shí)菌絲密度達(dá)到2.26 m/g。說明試驗(yàn)所選G.m和側(cè)柏之間保持了較高的共生關(guān)系,G.m適合在神東礦區(qū)推廣應(yīng)用。

        2)接種叢枝菌根提高了側(cè)柏的生長能力,接種后側(cè)柏株高顯著高于未接種對照,株高平均比對照高出6.83 cm,促進(jìn)了側(cè)柏的生長發(fā)育。

        3)接種叢枝菌根改善了植物根際的微環(huán)境,使側(cè)柏根際土壤pH和電導(dǎo)率增加顯著。并提高了側(cè)柏對土壤中有效磷和有效鉀的吸收,菌根改善微生態(tài)的效應(yīng)明顯。這對于提高采煤沉陷區(qū)退化土壤的保肥能力和植物生產(chǎn)力、增加礦區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、進(jìn)而提高采煤沉陷區(qū)植被覆蓋率等都具有重要的實(shí)際意義。

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