賈相岳　吳文強(qiáng)

摘要：為探究重金屬鉻（Cr）脅迫下叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi，AMF）和生物質(zhì)炭（biochar，BC）聯(lián)合促進(jìn)植物生長(zhǎng)和改善土壤微環(huán)境的作用，試驗(yàn)采用盆栽法研究土壤Cr濃度為0、50 mg/kg時(shí)，不同生物質(zhì)炭處理［對(duì)照（CK）、3%生物炭（BC）］并接種叢枝菌根真菌（AMF）對(duì)紫花苜蓿生物量、根系形態(tài)結(jié)構(gòu)、土壤微生物群落、土壤酶活性以及球囊霉素相關(guān)蛋白（glomalina-related soil protein，GRSP）含量的影響。結(jié)果表明，重金屬Cr 脅迫下，紫花苜蓿生物量顯著下降，土壤微生物群落中真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量減少，相關(guān)土壤酶活性降低，生物質(zhì)炭處理能夠幫助AMF侵染紫花苜蓿根系，顯著增加AMF侵染率、叢枝著生率、侵入點(diǎn)位數(shù)和泡囊數(shù)。Cr濃度為50 mg/kg時(shí)，AMF和/或生物質(zhì)炭處理均可以改善紫花苜蓿的根系形態(tài)結(jié)構(gòu)（根系總長(zhǎng)度、根系總體積、根尖數(shù)、根分叉數(shù)），增加總生物量和根冠比，與CK處理相比，土壤微生物中真菌數(shù)量增加26.47%～92.94%，細(xì)菌數(shù)量增加57.1%～164.9%，放線菌數(shù)量增加31.25%～88.94%；土壤微生物量碳含量增加32.24%～41.38%，微生物量氮含量增加47.37%～97.37%；AMF和/或生物質(zhì)炭處理下土壤中過(guò)氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性顯著高于CK處理，分別提高4.59%～23.85%、5.00%～120.00%、

15.01%～39.97%和55.05%～152.29%，土壤易提球囊霉素相關(guān)土壤蛋白含量和總球囊霉素相關(guān)土壤蛋白含量分別是不接種對(duì)照的1.6～2.6倍和2.4～3.7倍。結(jié)論認(rèn)為，AMF和/或生物質(zhì)炭處理能夠通過(guò)改善植物根系結(jié)構(gòu)和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)，增加土壤相關(guān)酶活性和球囊霉素含量等提高植物對(duì)重金屬Cr的抗性，促進(jìn)植物生長(zhǎng)，與單一處理相比，生物質(zhì)炭和AMF具有協(xié)同增效作用，二者配合處理效果更好。

關(guān)鍵詞：叢枝菌根真菌；生物質(zhì)炭，鉻脅迫；土壤；微生物；根系

中圖分類號(hào)：S541+.106；X53文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號(hào)：1002-1302（2024）09-0263-08

農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中化肥、農(nóng)藥的不合理使用，工業(yè)廢水灌溉以及金屬礦山污染等使得土壤中重金屬沉降，對(duì)土壤理化性質(zhì)以及植物生長(zhǎng)造成不利影響［1-2］。重金屬鉻（Cr）廣泛存在于自然界，其自然來(lái)源主要是巖石風(fēng)化，后隨工業(yè)化發(fā)展，城市污水灌溉、污泥及城市垃圾正在成為Cr污染的重要來(lái)源，因污染面積廣、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)、難降解等特性，成為土壤環(huán)境關(guān)注的焦點(diǎn)［3-5］。研究發(fā)現(xiàn)，土壤中Cr過(guò)多時(shí)，會(huì)抑制有機(jī)物質(zhì)的硝化作用，并使Cr在植物體內(nèi)蓄積，同時(shí)對(duì)土壤酶活性以及微生物環(huán)境平衡造成危害，顯著抑制植物的生長(zhǎng)發(fā)育狀況［6-7］。徐成斌等發(fā)現(xiàn)，Cr對(duì)土壤中的脲酶和過(guò)氧化氫酶活性具有不同程度的抑制作用，有效鉻與微生物量氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)［8］。徐雷等發(fā)現(xiàn)土壤pH值和堿解氮含量隨Cr污染的增加而降低，有機(jī)碳和有效磷隨Cr污染的增加而增加［9］。于皓等則認(rèn)為高濃度的Cr污染會(huì)降低土壤細(xì)菌群落的多樣性［10］?；谝陨涎芯?，修復(fù)重金屬污染土壤，改善土壤質(zhì)量是亟待解決的問(wèn)題。

叢枝菌根真菌（arbuscular mycorrhiza fungi，AMF）是分布最為廣泛的一類球菌門類真菌。AMF侵染植物根系后，可通過(guò)寄主植物來(lái)獲取營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，保證真菌自身生長(zhǎng)發(fā)育，同時(shí)幫助植物增強(qiáng)對(duì)外界營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的吸收和積累，從而達(dá)到互惠共生的目的［11-12］。同時(shí)AMF也具有增加土壤肥力、提高土壤酶活性等重要作用［13-14］。AMF除了吸收礦物質(zhì)養(yǎng)分外，還能穩(wěn)定土壤結(jié)構(gòu)，使植物在有毒、有害重金屬土壤等脅迫條件下生存［15］。AMF侵染后能夠促進(jìn)植物根系細(xì)胞壁的木質(zhì)化，使寄主植物根尖表皮加厚、細(xì)胞層數(shù)增多，促進(jìn)根系的生長(zhǎng)、分枝，改變根系形態(tài)結(jié)構(gòu)，從而影響重金屬進(jìn)入根系的進(jìn)程［16］。研究發(fā)現(xiàn)，接種AMF的玉米根系pH值顯著增加，而生物有效態(tài)銅濃度顯著降低［17］。重金屬污染下，接種AMF能夠改變牧豆樹（Prsopis juliflora）根際微生物的群落結(jié)構(gòu)，增加細(xì)菌、AMF等的生物多樣性［18］。

生物質(zhì)炭（Biochar）是植物秸稈等在特定條件下，熱解產(chǎn)生的一種多功能材料，生物質(zhì)炭作為多功能的土壤改良劑，具有存碳量大、孔隙結(jié)構(gòu)疏松、含氧活性基團(tuán)數(shù)量多等特點(diǎn)［19］，且能提供豐富的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，防止土壤板結(jié)，為微生物活動(dòng)提供有益的繁殖和生存條件［20］。劉會(huì)等發(fā)現(xiàn)添加生物質(zhì)炭的蘋果植株土壤中有機(jī)質(zhì)、堿解氮、有效磷、速效鉀和根際土細(xì)菌、放線菌、真菌數(shù)量均顯著高于未添加處理，土壤容重顯著降低［21］。另有研究發(fā)現(xiàn)，生物質(zhì)炭和AMF之間存在協(xié)同作用，接種AMF并施用生物質(zhì)炭能顯著增加土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量，提高土壤酶活性，促進(jìn)甜瓜生長(zhǎng)［22］。重金屬脅迫下，與單一生物質(zhì)炭或者AMF處理相比，二者互作對(duì)土壤pH值、土壤養(yǎng)分及望江南根系的擴(kuò)展、植株生長(zhǎng)及干物質(zhì)積累的改善效果最好［23］。

目前，對(duì)重金屬Cr的研究較少，少數(shù)研究集中在植物對(duì)Cr的富集、轉(zhuǎn)移和修復(fù)潛力上［24-25］，針對(duì)微生物、植物、有機(jī)土壤改良物三者聯(lián)合修復(fù)Cr污染土壤的研究則未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)以紫花苜蓿為研究對(duì)象，探究Cr污染條件下接種AMF并配施生物質(zhì)炭對(duì)紫花苜蓿生長(zhǎng)、土壤酶活性以及微生物群落等的影響，從而認(rèn)識(shí)AMF和紫花苜蓿對(duì)重金屬脅迫的響應(yīng)，以期為今后應(yīng)用多重修復(fù)技術(shù)（菌根+植物+有機(jī)土壤改良物）修復(fù)重金屬Cr污染提供參考依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)于2022年4月在晉中信息學(xué)院林下空地進(jìn)行。供試植物材料為紫花苜蓿（Medicago sativa）中苜一號(hào)種子，為太原理工大學(xué)礦業(yè)工程學(xué)院自有。供試AMF菌種為地表球囊霉（Glomus versiforme），購(gòu)自中國(guó)科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心，接種物為孢子、侵染根段、外生菌絲和培養(yǎng)基質(zhì)的混合物，經(jīng)檢測(cè)，菌根侵染率70%，接種物含80個(gè)孢子/g。紫花苜蓿種子用過(guò)氧化氫溶液浸泡10 min后，用無(wú)菌蒸餾水沖洗表面消毒備用。栽培基質(zhì)為壤土，采自晉中信息學(xué)院校園內(nèi)，經(jīng)高壓蒸汽滅菌（120 ℃，2 h）后備用?；ㄅ瑁ㄒ?guī)格：25 cm×18 cm×18 cm）經(jīng)0.5%高錳酸鉀溶液消毒1 h后使用。每盆裝 3 kg 壤土，風(fēng)干后過(guò)1 cm篩。土壤基本理化性質(zhì)：pH值為6.83，有效磷含量為57.8 mg/kg，堿解氮含量為60.9 mg/kg，速效鉀含量為44.9 mg/kg，有機(jī)質(zhì)含量為2.5%。

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)設(shè)計(jì)2個(gè)Cr濃度水平（0、50 mg/kg），4個(gè)處理組（CK，對(duì)照；AMF，接種地表球囊霉；BC，添加生物質(zhì)炭；AMF+BC，接種地表球囊霉并添加生物質(zhì)炭），共8個(gè)處理，隨機(jī)排列，重復(fù)3次。其中不同濃度Cr處理以K2Cr2O7（Cr6+）的形式添加在土壤中，室內(nèi)平衡7 d后用于試驗(yàn)。其中，CK處理作為對(duì)照；AMF處理是接種地表球囊霉，接種數(shù)量為 100 g/盆；BC處理是添加3%濃度生物質(zhì)炭，由花生殼和牲畜糞便混合高溫厭氧制成，購(gòu)自山西縱合生物質(zhì)炭有限公司；AMF+BC處理是先將生物質(zhì)炭添加到土壤中混合均勻，之后再進(jìn)行接種AMF與植物移栽。其他未接種處理則接種等量滅菌接種物。加入基質(zhì)覆蓋，灌水澆透，將5粒紫花苜蓿種子播于花盆中，覆膜保濕，放于人工氣候室（光—暗周期為12 h—12 h，溫度25 ℃，濕度70%）內(nèi)培養(yǎng)；出苗后，留3株，每周澆水1次，5～10 d澆1次Hoagland營(yíng)養(yǎng)液，保持水分在70%左右，培養(yǎng)2個(gè)月取樣用于各項(xiàng)生理指標(biāo)的測(cè)定，重復(fù)3次。

1.3 指標(biāo)測(cè)定

菌根侵染情況的測(cè)定：采集紫花苜蓿的須根系，經(jīng)FAA固定液固定，3%氫氧化鉀90 ℃水浴15～30 min，用乳酸甘油染色法計(jì)算菌根侵染率和叢枝著生率，在電鏡下觀察侵入點(diǎn)位數(shù)和泡囊數(shù)［26］，計(jì)算公式如下：

菌根侵染率=∑（0×根段數(shù)+10%×根段數(shù)+20%×根段數(shù)+…+100%×根段數(shù)）/總根段數(shù)。

總生物量和根冠比的測(cè)定：植株地上部和地下部分別收獲后用水洗凈后擦干，在105 ℃烘箱中殺青0.5 h，再于85 ℃下烘干至恒重，記作總生物量。根冠比為植物地下部與地上部干重的比值。

根系生長(zhǎng)特性的測(cè)定：利用根系分析系統(tǒng)WinRHIZO（北京華辰陽(yáng)光科技）進(jìn)行紫花苜蓿根系總長(zhǎng)度、根系總體積、根尖數(shù)和根分叉數(shù)的測(cè)定。

土壤酶活性的測(cè)定：采用高錳酸鉀滴定法測(cè)定土壤過(guò)氧化氫酶（S-CAT）活性，采用磷酸苯二鈉比色法測(cè)定土壤堿性磷酸酶（S-AKP）活性，利用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定土壤脲酶（S-UE）活性，利用3，5-二硝基水楊酸比色法測(cè)定土壤蔗糖酶（S-SC）活性，微生物量碳、氮測(cè)定采用三氯甲烷熏蒸-K2SO4浸提法［27-28］。

土壤微生物群落中真菌、細(xì)菌和放線菌的測(cè)定：采用涂布平板法測(cè)定土壤中細(xì)菌、真菌和放線菌。先稱取待測(cè)土壤樣品10 g，放入裝有90 mL無(wú)菌水中，搖床振蕩20 min，靜置30 s；再用1 mL 無(wú)菌吸管，吸取10-1稀釋液1 mL，移入裝有9 mL無(wú)菌水的試管中，混合均勻，即成10-2稀釋液；以此類推，連續(xù)稀釋，制成10-3、10-4、10-5、10-6等一系列稀釋菌液，再用稀釋平板計(jì)數(shù)。

球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的測(cè)定：易提取球囊霉素相關(guān)土壤蛋白（easily extractable glomalin-related soil protein，EE-GRSP）、總球囊霉素相關(guān)土壤蛋白（total glomalin-related soil protein，T-GRSP）采用張靜等描述的方法［29］測(cè)定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

采用Microsoft Excel 2010軟件對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和繪圖，所有統(tǒng)計(jì)分析均采用SPSS 16.0進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，所有數(shù)據(jù)均進(jìn)行單因素方差分析（one-way ANOVA）、雙因素方差分析（two-way ANOVA）以及差異顯著性檢驗(yàn)（LSD法，α=0.05）。圖表中數(shù)據(jù)為平均值±標(biāo)準(zhǔn)差。

2 結(jié)果與分析

2.1 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿菌根侵染的情況

無(wú)論是否添加Cr，AMF或AMF+BC處理均可以與紫花苜蓿根系結(jié)成穩(wěn)定的共生聯(lián)系，形成叢枝菌根結(jié)構(gòu)（圖1）。未添加Cr處理下（Cr濃度為0），AMF侵染率達(dá)到最大，為56.5%，泡囊數(shù)為 15.8個(gè)/cm根長(zhǎng)，叢枝著生率為35.2%，侵入點(diǎn)位數(shù)為10.2個(gè)/cm根長(zhǎng)。Cr濃度為50 mg/kg時(shí)，AMF侵染率、泡囊數(shù)、叢枝著生率和侵入位點(diǎn)數(shù)顯著降低，與AMF處理相比，AMF+BC處理下菌根侵染率、泡囊數(shù)、叢枝著生率和侵入位點(diǎn)數(shù)分別增加10.47%、9.92%、7.62%和13.33%（表1）。

2.2 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿生物量的影響

由圖2可知，Cr脅迫下，紫花苜?？偵锪亢透诒缺憩F(xiàn)為下降趨勢(shì)。無(wú)論是否添加Cr，接種AMF和/或BC處理均可以增加紫花苜蓿總生物量和根冠比。未添加Cr處理下，與CK處理相比，BC處理下紫花苜蓿總生物量和根冠比分別增加12.52%和23.48%，AMF處理下分別增加27.87%和28.22%，AMF+BC處理下分別增加30.5%和43.8%。Cr濃度為50 mg/kg時(shí)，與CK處理相比，BC處理下紫花苜?？偵锪亢透诒确謩e增加20.92%和22.98%，AMF處理下分別增加51.72%和44.76%，AMF+BC處理下分別增加60.23%和89.92%。

2.3 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿根系生長(zhǎng)特性的影響

由圖3可知，Cr脅迫下，紫花苜蓿地下部根尖數(shù)、根分叉數(shù)、根系總長(zhǎng)度和根系總體積也表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。無(wú)論是否添加Cr，接種AMF和/或BC處理均可以增加紫花苜蓿地下部根尖數(shù)、根分叉數(shù)、根系總長(zhǎng)度和根系總體積。未添加Cr處理下，與CK處理相比，BC處理下紫花苜蓿根尖數(shù)、根分叉數(shù)、根系總長(zhǎng)度和根系總體積分別增加27.01%、60.00%、50.17%和10.87%，AMF處理下分別增加92.59%、78.57%、79.54%和72.83%，AMF+BC處理下分別增加98.98%、102.49%、96.61%和83.70%。Cr濃度為50 mg/kg時(shí)，與CK處理相比，BC處理下紫花苜蓿根尖數(shù)、根分叉數(shù)、根系總長(zhǎng)度和根系總體積分別增加19.71%、30.67%、32.66%和38.71%，AMF處理下分別增加53.49%、63.05%、50.03%和100.00%，AMF+BC處理下分別增加73.59%、99.01%、117.44%和116.13%。

2.4 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿根系土壤微生物量碳、氮含量的影響由圖4可知，Cr脅迫下，紫花苜蓿根系土壤微生物量碳、氮含量顯著降低。無(wú)論是否添加Cr，接種AMF和/或BC處理均對(duì)紫花苜蓿根系土壤微生物量碳、氮含量有促進(jìn)作用。未添加Cr處理下，與CK處理相比，BC處理下的紫花苜蓿根系土壤微生物量碳、氮含量分別增加20.50%和8.15%，AMF處理下分別增加29.77%和21.48%，AMF+BC處理下分別增加44.23%和38.52%。當(dāng)Cr處理濃度為 50 mg/kg 時(shí)，與CK處理相比，BC處理下紫花苜蓿根系土壤微生物量碳、氮含量分別增加32.24%和47.37%，AMF處理下分別增加40.86%和71.05%，AMF+BC處理下分別增加41.38%和97.37%。

2.5 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿菌根侵染的情況

由表2可知，Cr脅迫下，紫花苜蓿根系土壤中真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量呈現(xiàn)下降趨勢(shì)。無(wú)論是否添加Cr，接種AMF處理對(duì)紫花苜蓿根系土壤中真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量有增加作用，而BC處理下真菌數(shù)量下降，細(xì)菌和放線菌數(shù)量增加。未添加Cr處理下，與CK處理相比，BC處理下的真菌數(shù)量下降17.80%，細(xì)菌與放線菌數(shù)量增加45.71%和30.34%；AMF處理下真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量分別增加37.70%、62.86%和13.86%；AMF+BC處理下分別增加96.86%、96.19%和59.18%。當(dāng)Cr處理濃度為 50 mg/kg 時(shí)，與CK處理相比，BC處理下的真菌數(shù)量下降35.88%，細(xì)菌與放線菌數(shù)量增加57.14%和52.40%；AMF處理下真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量分別增加26.47%、98.70%和31.25%；AMF+BC處理下分別增加92.94%、164.94%和88.94%。

2.6 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿根系酶活性的影響

由圖5可知，Cr脅迫下，紫花苜蓿根系S-CAT活性受Cr刺激作用，表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，而S-SC、S-UE 和S-AKP活性表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。無(wú)論土壤是否添加Cr，接種AMF和/或BC處理均對(duì)紫花苜蓿根系土壤酶活性有促進(jìn)作用。未添加Cr處理下，與CK處理相比，BC處理下的紫花苜蓿根系S-CAT、S-SC、S-UE和S-AKP活性分別增加41.43%、22.37%、7.03%和37.32%，AMF處理下分別增加55.71%、64.47%、30.87%和60.56%，AMF+BC處理下分別增加91.43%、114.47%、36.39%和135.21%。當(dāng)Cr處理濃度為50 mg/kg時(shí)，與CK處理相比，BC處理下紫花苜蓿根系S-CAT、S-SC、S-UE和S-AKP活性分別增加4.59%、5.00%、15.01%和55.05%，AMF處理下分別增加12.84%、75.00%、21.21%和135.78%，AMF+BC處理下分別增加23.85%、120.00%、39.97%和152.29%。

2.7 AMF和生物質(zhì)炭對(duì)Cr脅迫下紫花苜蓿根系土壤中GRSP含量的影響

由圖6可知，Cr脅迫下，紫花苜蓿根系土壤中EE-GRSP、T-GRSP含量下降。無(wú)論是否添加Cr，接種AMF+BC處理對(duì)紫花苜蓿根系土壤中 EE-GRSP、T-GRSP含量有促進(jìn)作用。未添加Cr處理下，與CK處理相比，BC處理下的EE-GRSP、T-GRSP含量無(wú)顯著差異，AMF處理下分別增加76.00%和175.42%，AMF+BC處理下分別增加265.60%和303.91%。當(dāng)Cr處理濃度為50 mg/kg時(shí)，與CK處理相比，BC處理下EE-GRSP、T-GRSP含量也無(wú)顯著差異，AMF處理下分別增加65.42%和136.08%，AMF+BC處理下分別增加158.88%和265.19%。

3 討論

環(huán)境問(wèn)題特別是重金屬污染已引起各類專家學(xué)者的廣泛關(guān)注，重金屬Cr因具有易吸附、難去除的特性，不僅危害土壤質(zhì)量、植物生長(zhǎng)，而且會(huì)隨著食物鏈潛在威脅人畜健康［30］。土壤微生物在土壤有機(jī)質(zhì)中占比較小，但土壤微生物在C、N和其他元素循環(huán)中起著關(guān)鍵作用。AMF是根際土壤微生物的一個(gè)重要組成部分，在陸地生態(tài)系統(tǒng)中廣泛存在。與寄主植物形成的菌根共生體中根外菌絲為寄主植物生長(zhǎng)發(fā)育提供相應(yīng)的營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)和水分條件，而寄主植物為真菌提供生長(zhǎng)所需要的碳水化合物。已有多數(shù)研究報(bào)道，AMF能夠通過(guò)增加土壤肥力、提高土壤酶活性等來(lái)增強(qiáng)對(duì)重金屬的耐性［31］。而生物質(zhì)炭因其獨(dú)特的理化性質(zhì)能夠提高土壤碳氮礦化速率及改善土壤微生態(tài)環(huán)境等備受關(guān)注。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，重金屬Cr脅迫下生物質(zhì)炭與AMF存在協(xié)同增效作用，二者聯(lián)合能夠提高土壤相關(guān)酶活性，增加土壤微生物C、N含量以及真菌、細(xì)菌、放線菌數(shù)量，改善紫花苜蓿的根系形態(tài)并促進(jìn)植物生長(zhǎng)。本試驗(yàn)中，添加生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)AMF對(duì)紫花苜蓿的侵染，增加AMF的侵入點(diǎn)位數(shù)和泡囊數(shù)，顯著促進(jìn)了紫花苜蓿的生物量，改善植物根系情況。這可能是施用生物質(zhì)炭調(diào)節(jié)了土壤養(yǎng)分含量，進(jìn)而促進(jìn)土壤AMF孢子繁殖和紫花苜蓿根系A(chǔ)MF定殖，AMF侵染紫花苜蓿根系表皮后，紫花苜蓿根系細(xì)胞增厚并分裂，顯著改變寄主植物根系形態(tài)，增加根系總長(zhǎng)度、根系總體積、根尖數(shù)和根分叉數(shù)。

土壤中一切生物變化的發(fā)生過(guò)程都離不開土壤中各類酶的參與，土壤酶活性是衡量土壤生物學(xué)活性和土壤生產(chǎn)力的重要標(biāo)志，也是探討重金屬脅迫下土壤生態(tài)效應(yīng)的有效指標(biāo)［32］。金倩等研究發(fā)現(xiàn)，不同Cr處理對(duì)大豆根際S-UE活性有顯著抑制效果，S-CAT活性呈現(xiàn)先升高后降低的趨勢(shì)，S-SC 活性也呈現(xiàn)類似趨勢(shì)［33］ 。本試驗(yàn)下，Cr濃度為 50 mg/kg 時(shí)，紫花苜蓿根系S-CAT活性受Cr刺激作用，表現(xiàn)為增加趨勢(shì)，而S-SC、S-UE和 S-AKP 活性表現(xiàn)為下降趨勢(shì)，這與上述研究結(jié)果一致。接種AMF和/或生物質(zhì)炭處理下，S-SC、S-UE、S-CAT以及S-AKP活性均表現(xiàn)增加趨勢(shì)。馮慧琳等研究發(fā)現(xiàn)，生物炭施用后土壤蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和中性磷酸酶活性增加，細(xì)菌多樣性顯著提升［34］ 。王巖等發(fā)現(xiàn)生物炭和AMF接種能夠改良辣椒連作土壤，生物炭與AMF配施處理菌根侵染效果最佳，侵染率高達(dá)59%，S-UE、S-SC 活性隨生物炭添加量的增加呈增加趨勢(shì)［35］。這可能是因?yàn)锳MF通過(guò)侵染紫花苜蓿根系刺激根際土壤酶的產(chǎn)生和分泌，并促進(jìn)其根系陽(yáng)離子交換及活力提升，使得土壤酶活性顯著增加。

土壤微生物量在一定程度上能代表參與調(diào)控土壤中能量和養(yǎng)分循環(huán)以及有機(jī)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的對(duì)應(yīng)微生物的數(shù)量［36］。本試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)Cr脅迫下，土壤真菌、細(xì)菌和放線菌數(shù)量下降，接種AMF后土壤中微生物數(shù)量則顯著增加，BC處理下真菌數(shù)量下降，而放線菌和細(xì)菌的數(shù)量增加。另有研究發(fā)現(xiàn)，重金屬污染下稻田土壤的微生物生物量C、N含量比未明顯污染的土壤顯著降低約20%［37］。而生物炭提供易分解碳源并能為微生物生長(zhǎng)發(fā)育提供場(chǎng)所，致使微生物量C、N含量增加。羅珍等通過(guò)兩室分根裝置種植玉米發(fā)現(xiàn)，接種AMF的菌根室中土壤微生物量C、N含量均有顯著提高，并增加土壤呼吸作用，形成了明顯有別于根際的微生物區(qū)系［38］。本試驗(yàn)也發(fā)現(xiàn)，重金屬Cr脅迫下，土壤微生物量C、N含量顯著下降，接種AMF和/或生物質(zhì)炭處理下，土壤微生物量C、N含量表現(xiàn)為增加趨勢(shì)。而其他研究中土壤微生物N的變化卻是相反的，這和土壤N狀況、植物N競(jìng)爭(zhēng)都有關(guān)，具體還需進(jìn)一步試驗(yàn)證明。AMF能分泌一種頑疏水、耐熱、頑抗的糖蛋白-球囊霉素相關(guān)蛋白（Glomalina-related soil protein，GRSP），主要存在于AMF的菌絲以及孢子壁中，隨菌絲脫落后沉積在土壤中［39］。GRSP有助于重金屬的固定，產(chǎn)生強(qiáng)化學(xué)絡(luò)合作用，降低重金屬的生物可利用性和毒性［15］。本研究發(fā)現(xiàn)，Cr脅迫下土壤中EE-GRSP、T-GRSP含量下降，而接種AMF和/或生物質(zhì)炭處理下，土壤中EE-GRSP、T-GRSP含量增加，與不接種對(duì)照和施用生物質(zhì)炭處理差異顯著，以接種AMF并添加生物質(zhì)炭處理效果最好。這可能是因?yàn)樯镔|(zhì)炭促進(jìn)土壤微生物生長(zhǎng)，特別是AMF的侵染與活性，從而可能增加微生物對(duì)礦物的分解及GRSP分泌。

4 結(jié)論

綜上可知，重金屬Cr脅迫下，AMF能夠與紫花苜蓿形成菌根共生體系，添加生物質(zhì)炭能夠促進(jìn)AMF對(duì)紫花苜蓿的侵染，提高菌根侵染率、叢枝著生率，并增加侵入點(diǎn)位數(shù)和泡囊數(shù)。接種AMF和/或生物質(zhì)炭處理均能夠促進(jìn)植物生長(zhǎng)，改善植物根系生長(zhǎng)特性，增加根系總長(zhǎng)度、根系總體積、根尖數(shù)和根分叉數(shù)。此外，AMF和/或生物質(zhì)炭處理能夠誘導(dǎo)產(chǎn)生較多的GRSP，增加土壤中微生物量碳、氮的積累，提高土壤中蔗糖酶、脲酶、過(guò)氧化氫酶和堿性磷酸酶活性，增加土壤微生物數(shù)量，顯著提高對(duì)重金屬Cr的抗性，相對(duì)于單一AMF或生物質(zhì)炭處理，二者協(xié)同配施的效果更好。

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收稿日期：2023-07-17

基金項(xiàng)目：山東省自然科學(xué)基金（編號(hào)：ZR2018BB073）。

作者簡(jiǎn)介：賈相岳（1987—），男，內(nèi)蒙古赤峰人，碩士，講師，主要研究方向?yàn)橥寥拉h(huán)境化學(xué)。E-mail：Zongshuiji681@yeah.net。