山寶琴，喬依依，劉國豪，向 梅

(延安大學石油工程與環(huán)境工程學院， 陜西 延安 716000)

陜北南泥灣濕地農田養(yǎng)分及AM真菌多樣性

山寶琴，喬依依，劉國豪，向 梅

(延安大學石油工程與環(huán)境工程學院， 陜西 延安 716000)

研究選取南泥灣濕地6種不同作物類別的農田為樣地，并設荒野次生林地為對照，分0～10、10～20 cm和20～30 cm土層深度采集土壤樣品，測定土壤養(yǎng)分含量，分析叢枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌多樣性及其孢子密度。結果表明：0～30 cm土層范圍，土壤有機質含量為7.54～17.23 g·kg-1，蔬菜地有機質含量顯著高于其它地類；土壤速效氮含量為12.01～27.10 mg·kg-1；土壤速效磷的含量為3.08～9.67 mg·kg-1，云杉和林地土壤速效磷的含量顯著低于其它地類；土壤速效鉀含量為98.61～152.51 mg·kg-1；南泥灣農田養(yǎng)分含量偏低，尤其缺乏土壤速效氮和土壤速效磷。試驗共分離出3屬10種AM真菌，其中球囊霉屬(Glomus)6種，占60%；無梗囊霉屬(Acaulospora)3種，占30%；盾巨孢囊霉屬(Scutellospora)1種，占10%。林地AM真菌物種豐度最大，其次是云杉，水稻地AM真菌物種豐度最小。地球囊霉(G.Geosporum)是優(yōu)勢種類，美麗盾巨孢囊霉(Scu.Calospora)屬于偶見種，摩西球囊霉(G.mosseae)只出現在耕作土壤。不同地類孢子密度差異顯著，以0～30 cm土層平均值比較：林地土孢子密度(2.24個·g-1)>云杉幼苗地土孢子密度(2.18個·g-1)>谷子地土孢子密度(1.46個·g-1)>玉米地土孢子密度(1.31個·g-1)>蔬菜土孢子密度(0.76個·g-1)>水稻土孢子密度(0.73個·g-1)>黃豆土孢子密度(0.67個·g-1)。

濕地；農田養(yǎng)分；AM真菌

陜北地貌類型屬黃土梁峁狀丘陵，地形支離破碎，水土流失嚴重，尤其近年受到石油、天然氣等能源開發(fā)的影響，生態(tài)環(huán)境更趨于惡化。陜北南泥灣濕地生態(tài)隸屬于沼澤濕地[1]，由3條河川構成，呈東西走向，流域面積36 500 hm2，土地肥沃平整、灌溉方便，發(fā)展農業(yè)產業(yè)具有得天獨厚的優(yōu)勢。作為延安市寶塔區(qū)糧食后備庫，南泥灣水稻種植高峰時期面積超過200 hm2，但目前種植面積已經不足20 hm2[2]，其次還有谷子、玉米、豆類和蔬菜等多種土地利用類型。濕地不僅為人類提供大量食物原料和水資源，而且在維持生態(tài)平衡、保持生物多樣性和珍稀物種資源以及涵養(yǎng)水源、蓄洪防旱等方面均起到重要作用[3]。系統(tǒng)調查南泥灣濕地農田土壤養(yǎng)分水平以及分布規(guī)律，對于確定未來發(fā)展方向，有限土壤資源的優(yōu)化配置，實現土地資源的有效合理、可持續(xù)利用有重要意義。目前相關研究工作匱乏，亟待開展。

叢枝菌根(Arbuscular mycorrhiza, AM)真菌廣泛分布于農田、菜地、果園等各類陸地生態(tài)系統(tǒng)中，侵染植物根系后菌絲二分叉形成叢枝狀共生結構[4]，可以改善宿主的營養(yǎng)狀況，提高植物抗逆性，提高農作物的產量和品質[5-6]，修復和改良污染土壤等[7]，其分泌的球囊霉素糖蛋白可以促進土壤團聚體的形成，改善土壤物理狀況[8-9]，對于保持和增強生態(tài)系統(tǒng)可持續(xù)生產力具有重要意義。因此，研究不同農田地類AM真菌的群落特征和功能狀況，有利于挖掘農田土壤有益微生物的作用潛力，促進農業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。

AM真菌受到復雜農田生態(tài)系統(tǒng)中各種農業(yè)管理措施影響[10]，蓋京蘋等[11]曾系統(tǒng)調查了河北、山東農田土壤中AM真菌分布規(guī)律，王淼焱等[12]綜述了各類農業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中AM真菌多樣性，認為不同系統(tǒng)中AM真菌資源差異較大。雖然AM真菌純培養(yǎng)技術制約了AM生物菌肥發(fā)展應用，但通過調控農田生態(tài)系統(tǒng)中現存的AM真菌與作物共生關系是應用AM真菌于實際農業(yè)生產的另一重要途徑，因此AM真菌多樣性與農業(yè)措施及環(huán)境因子的關系始終是研究的熱點問題[13-14]。由于AM真菌與植物的協同進化的適應性[15]，接種與植物相適應的AM真菌種類或菌株時，宿主植物生長表現的更好，針對具體地域研究土著AM真菌多樣性及優(yōu)勢種類對于當地農田AM生物菌肥的應用影響深遠。本文針對南泥灣濕地不同的農田，系統(tǒng)調查土壤養(yǎng)分及AM真菌的多樣性，旨在為指導高效AM菌種的篩選與應用積累科學數據，為促進地區(qū)農業(yè)發(fā)展和提高土壤生態(tài)功能提供理論依據，對陜北寶貴的濕地資源優(yōu)化合理利用及可持續(xù)發(fā)展奠定基礎。

1 材料與方法

1.1 采樣點概況

南泥灣濕地處于黃土高原的腹地，屬高原大陸性中溫帶-暖溫帶季風氣候，年平均氣溫9.4℃，年平均降水量為450～650 mm，無霜期140 d。南泥灣地表覆被以人工栽培而成的植物群落為主，林草覆蓋率78.3%。成土母質為黑壚土被侵蝕以后直接耕種熟化而形成的黃綿土，土層深厚，質地均一，土體疏松綿軟，孔隙度62%左右，是南泥灣地區(qū)主要耕作土壤，農田灌溉主要靠延安市南灌區(qū)的五條渠道和勝利水庫。

表1 采樣點概況

1.2 樣品采集

選取南泥灣不同作物類別的6種大田為樣地，分別為水稻田連作10 a、玉米田連作8 a，黑豆田連作5 a、蔬菜(白菜)地、谷子地，云杉苗圃地(5 a生)，并設荒野次生林地為對照。

采樣時間在2015年4月初，在7種樣地用多點混合法采樣，各點挖直徑30 cm小樣坑，去掉表層2 cm后沿垂直剖面分0～10，10～20，20～30 cm采集土壤。每個深度沿剖面圓周采集3個樣品，均勻混合后用四分法獲得一個土壤樣品。同時測定并記錄土壤濕度和溫度，相同地類土樣選取4個樣地采集。記錄采樣時間、地點和根圍環(huán)境等并編號，將土樣裝入隔熱性能良好的塑料袋密封帶回實驗室，土樣自然風干，部分過2 mm篩后用于測定AM真菌分離與鑒定。其余過1 mm篩，充分混勻后取土樣約50 g，磨細并全部通過0.25 mm篩，測定土壤養(yǎng)分含量。

1.3 測定方法

1.3.1 土壤理化性質測定 用重鉻酸鉀容量法(外加熱法)測定土壤有機質含量，速效鉀測定用NH4Ac浸提火焰光度法，用碳酸氫鈉浸提鉬銻抗比色法測定速效磷含量，用電位法測定土壤pH值，用堿解擴散法測定堿解氮含量[16]。

1.3.2 AM真菌孢子密度 用濕篩傾注蔗糖離心法[17]對10 g風干土壤中的AM真菌孢子進行分離，在體視鏡下挑取AM真菌孢子對孢子進行計數。根據張美慶等[18]方法計算種的豐度和頻度。

AM真菌孢子密度(Spore density, SD)=每克風干土壤中含有的AM真菌的孢子數；

AM真菌種的豐度(Species Richness, SR)：指植物根際每20 g土壤中含有AM真菌種的數目。

相對多度(Relative abundance, RA)=

1.3.3 AM真菌鑒定 挑取孢子置于載玻片上，加浮載劑如水、乳酸甘油、聚乙烯醇-乳酸甘油、Melzer’s等在顯微鏡下觀察，根據“VA菌根鑒定手冊”[19]和國際叢枝菌根真菌保藏中心(INVAM)http://invam.caf.wvu.edu提供的種的描述及圖片，并參閱有關鑒定材料和近年來發(fā)表的新種等進行種屬檢索、確定。

1.4 數據處理

用Excel處理實驗數據并繪圖，用SPSS13.0生物統(tǒng)計軟件進行單因素方差分析(One-Way ANOVA)和Pearson雙變量相關分析。

2 結果與分析

2.1 南泥灣不同地類土壤養(yǎng)分分析

分析南泥灣7種地類土壤養(yǎng)分現狀見表2，土壤有機質在0～30 cm土層含量范圍為7.54～17.23 g·kg-1， 蔬菜地有機質含量顯著高于其它地類，黃豆地最低。根據全國土壤普查養(yǎng)分分級標準[20]，蔬菜、水稻、玉米、谷子和云杉地屬于四級，黃豆和林地屬于五級；土壤速效氮在0～30 cm土層含量為12.01～27.10 mg·kg-1，除玉米地以外，在其它各地類都是0～10 cm土層最高，不同地類間差異顯著：水稻>林地>谷子>玉米>蔬菜>云杉>黃豆。根據全國土壤普查養(yǎng)分分級標準都屬于六級缺氮土壤；土壤速效磷的含量為3.08～9.67 mg·kg-1，最大值出現在蔬菜地10～20 cm土層，云杉和林地土速效磷的含量顯著低于其它地類。據全國土壤普查養(yǎng)分分級標準土壤速效磷大多都屬于四級，但是谷子地和林地的20～30 cm土層、云杉地10～30 cm土層都分屬五級低磷土壤。土壤速效磷的含量在其他各地類(蔬菜地除外)都是0～10 cm土層最高，并隨土層增加而減少；土壤速效鉀0～30 cm土層含量范圍為98.61～152.51 mg·kg-1，不同地類之間差異顯著：蔬菜>玉米>谷子>黃豆>云杉>水稻>林地，據全國土壤普查養(yǎng)分分級標準基本都屬于三級。樣地土壤均屬堿性，pH 7.62～8.29。

2.2 AM真菌多樣性分析

南泥灣不同農田地類AM真菌物種多樣性差異較大，在采集的原位土中共分離出3屬10種AM真菌(表3)。其中球囊霉屬(Glomus)6種，占60%。無梗囊霉屬(Acaulospora)3種，占30%。盾巨孢囊霉屬(Scutellospora)1種，占10%。林地AM真菌物種豐度最大，其次是云杉幼苗地，水稻地AM真菌物種豐度最小，只分離出4種。

本文將AM真菌按頻度和多度劃分為4個等級(表4)，頻度≥80%，同時多度≥20%為優(yōu)勢種；頻度在50%～80%，同時多度10%～20%為常見種；頻度≤10%，同時多度≤1%為偶見種；其余為少見種。地球囊霉(G.geosporum)在各種地類和不同土層均有出現，頻度最高，是優(yōu)勢種類。美麗盾巨孢囊霉(Scu.Calospora)只在林地出現，屬于偶見種。

2.3 南泥灣不同地類孢子密度分析

由圖1可知，7種地類孢子密度差異顯著，以0～30 cm土層平均值比較：林地土(2.24個·g-1)>云杉幼苗地土(2.18個·g-1)>谷子地土(1.46個·g-1)>玉米地土(1.31個·g-1)>蔬菜地土(0.76個·g-1)>水稻地土(0.73個·g-1)>黃豆地土(0.66個·g-1)。分別各土層比較，林地和云杉幼苗均顯著大于其它地類。同一地類不同土層，孢子密度最大值均出現在0～10 cm土層。

表2 樣點土壤理化性質分析

注：同一列數據中不同小寫字母表示不同樣點在P<0.05水平上差異顯著。

Note: data with different small letters in the same column indicate statistically significant differences atP<0.05.

3 討 論

3.1 南泥灣農田養(yǎng)分含量

農田土壤養(yǎng)分含量的空間分布研究主旨是通過各養(yǎng)分含量水平的描述，揭示出土壤養(yǎng)分與環(huán)境因素間的關系，進而提出改進的科學管理措施，精準施肥。土壤中的有機質、氮、磷和鉀素是作物生長必要元素，土壤有機質含量是衡量土壤肥力高低的重要指標，代表著土壤理化性狀和保墑保肥能力。由于受到成土母質和氣候條件的限制，南泥灣濕地農田土壤有機質整體處于偏低水平。利用當地豐富的秸稈資源以增加土壤有機質含量是主要措施，也是耕作土壤培肥的中心環(huán)節(jié)[21]。

土壤速效氮是衡量土壤供氮能力的重要標志，氮素直接參與植物體內核酸、蛋白質、葉綠素及許多酶的合成轉換；南泥灣農田濕地各種地類間雖然速效氮含量差異顯著，但根據全國土壤普查養(yǎng)分分級標準都屬于六級缺氮土壤，應適度施用氮肥，根據土壤供肥能力與作物需求，改善目前突出的農田缺氮現狀。

表3 AM真菌生態(tài)分布

注：+有AM真菌分布。 Note: +, AM fungi was detected.

表4 AM真菌群落結構特征

南泥灣云杉地、谷子地和林地的部分土壤都屬低磷土壤。磷素在土壤中易于累積、難移動，作物吸收利用困難。大量研究表明，土著AM真菌群落有助于土壤中磷素的活化并能促進植物吸收，尤其在土壤低磷條件下作用顯著[22]。

與陜西關中地區(qū)農田土壤養(yǎng)分相比[23]，陜北南泥灣土壤也更為貧瘠。2010年始受退耕還林草工程的影響，陜北耕地總面積大幅減少至16 196.42 km2[24]，而且作為典型黃土高原生態(tài)脆弱區(qū)，耕地廣種薄收。鑒于此，加強水熱條件相對較好的南泥灣地區(qū)農田土壤管理勢在必行。

注：圖中標不同小寫字母者表示孢子密度差異顯著(P<0.05)

Note: different small letters indicate spore density statistically significant differences atP<0.05.

圖1 不同地類孢子密度

Fig.1 Spore density in different agrotypes

3.2 南泥灣農田AM真菌多樣性

蓋京蘋等[11]調查了山東、河南部分農田，分離鑒定出20種AM真菌，相比之下，本研究得到的AM真菌多樣性較低，共分離出10種，可能是采樣區(qū)相對集中面積較小的原因。AM真菌多樣性受農業(yè)管理措施的影響很大，是靈敏反映土壤干擾的生物學指標之一。本研究結果表明：林地AM真菌物種豐度最大，其次是云杉幼苗地，農田生態(tài)系統(tǒng)中AM真菌的種類多樣性明顯低于自然林地，主要是由于翻耕、灌溉、施肥以及農藥的施用等各種農業(yè)措施的人為強烈干擾[25]。水稻田AM真菌物種豐度最小，除人為因素外，AM真菌屬于好氧微生物，含水量大的厭氧環(huán)境也不利于其生長繁殖。

不同AM真菌種類對農田管理措施的響應也不同[26]，Oehl等[27]認為傳統(tǒng)農業(yè)中Glomus屬的孢子較多，本研究結果Glomus屬的孢子也占到60%。南泥灣土壤AM真菌的優(yōu)勢種類明顯，地球囊霉(G.geosporum)在各種地類中都是優(yōu)勢種類，農田土壤理化性質對其影響不大，摩西球囊霉(G.mosseae)卻只出現在耕作土壤中，作為對照的自然林地未見。

3.3 南泥灣農田AM真菌孢子密度

南泥灣林地和云杉幼苗地AM真菌孢子密度顯著高于其他地類，首先是由于自然林地較少受到農耕措施的干擾。其次，多年生林木發(fā)達的根系也為AM真菌生長提供了微環(huán)境，促進了生長和繁殖。再者，林地和云杉幼苗地低磷的土壤條件，也起到刺激AM真菌活性的作用[28]。

AM真菌和植物共生體系屬于雙向互惠機制[29]，AM真菌對改善土壤結構[30]，促進作物生長量都有重要作用[31]。南泥灣濕地養(yǎng)分含量顯著較低，研究土著AM真菌多樣性及優(yōu)勢種類有利于推動AM生物菌肥的應用，減少農藥和化肥的施用量，持續(xù)發(fā)揮農田土壤功能。

4 結 論

1) 陜北南泥灣土壤養(yǎng)分受土地利用方式影響很大，蔬菜土壤養(yǎng)分含量相對總體較高，自然林地相對較低，說明土地利用和管理措施的不同改變了土壤原有性質和養(yǎng)分有效態(tài)含量。南泥灣土壤總體較為貧瘠，應該加強農田土壤管理，建立中長期養(yǎng)分肥力動態(tài)及其影響因子的連續(xù)監(jiān)測，通過合理施肥、加強養(yǎng)分肥力調控可以持續(xù)提升南泥灣農田耕地質量。

2) 南泥灣農田AM真菌多樣性較低，農田生態(tài)系統(tǒng)中AM真菌的種類多樣性明顯低于自然林地，其中水稻田AM真菌物種豐度最小。南泥灣土壤中地球囊霉在各種地類中都是優(yōu)勢種類，農田土壤理化性質對其影響不大，未來當地AM生物菌肥的研發(fā)推薦以地球囊霉為主要菌種。

3) 由于多年生林木發(fā)達的根系和較少的人為干擾，南泥灣林地和云杉幼苗地AM真菌孢子密度顯著高于其他地類，加大當地育林幼苗地的建設比例，更有利于有限土壤資源的優(yōu)化配置。但總體南泥灣地區(qū)AM真菌孢子密度含量偏低不利于真菌與作物共生功能的發(fā)揮，通過添加土著AM真菌完善農田微生態(tài)系統(tǒng)，促進作物對養(yǎng)分的吸收，進而改善土壤結構并調控農田作物生長值得進一步深入研究。

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Farmland nutrient and biodiversity of AM fungi in Nanniwan wetland in Northern Shaanxi

SHAN Bao-qin, QIAO Yi-yi, LIU Guo-hao, XIANG Mei

(SchoolofPetroleumEngineeringandEnvironmentalEngineering,Yan'anUniversity,Yan'an,Shaanxi716000,China)

Wetland is invaluable natural resource, especially in Northern Shaanxi known as serious water loss and soil erosion areas of the loess plateau. Soil samples from seven agrotypes were selected and collected in Nanniwan wetland in Northern Shaanxi, China, aiming to research farmland nutrient concentration and biodiversity of Arbuscular mycorrhiza fungi, and thereby presenting suggestions for local agriculture development. The soil samples were collected from a depth of 30 cm into 3 sections, i.e. 0～10, 10～20 cm and 20～30 cm in the different farmlands in 2015. The spore density and biodiversity of AM fungi were measured. The result showed that at the 0～30 cm soil layer, the concentration of organic matter ranged from 7.54 g·kg-1to 17.23 g·kg-1, organic matter in vegetable site was significantly higher than that in other layers. The concentration of available nitrogen ranged from 12.01 mg·kg-1to 27.10 mg·kg-1. The concentration of available phosphorus ranged from 3.08 mg·kg-1to 9.67 mg·kg-1, and the lowest value was detected in soil sample of Picea asperata. The concentration of available potassium ranged from 98.61 mg·kg-1to 152.51 mg·kg-1. 10 AM fungi taxa in three genera were isolated and identified, of which 60% belonged to the genus Glomus, 30% to Acaulospora, and 10% to Scutellospora. The most abundance of AM fungi was found in the forest, second most in the field of Picea asperata, and the lowest in paddy field. The spore density showed significant differences among sites, with an order of forest soil (2.24·g-1), Picea asperata soil (2.18·g-1), millet soil (1.46·g-1), maize soil (1.31·g-1), vegetable soil (0.76·g-1), paddy soil (0.73·g-1), and soybean soil (0.68·g-1)。

wetland; farmland nutrient; AM fungi

1000-7601(2017)04-0173-06

10.7606/j.issn.1000-7601.2017.04.26

2016-05-20

延安市科技創(chuàng)新團隊項目(2015CHTD-04)；延安市科技項目(2014KS-03)；延安大學引導項目(YD2015-14)；國家級大學生創(chuàng)新項目(201510719260)

山寶琴(1970—)，女，新疆烏魯木齊人，博士，副教授，主要從事土壤微生態(tài)研究。 E-mail: xiaoshanbao@163.com。

S158.3； S154.3

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