中圖分類號S182文獻標識碼A

文章編號 0517-6611（2025）11-0051-07

doi：10.3969/j. issn.0517-6611. 2025.11. 013

開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

Responses ofFunctional Propertiesof Sophora flavescens Roots and Soil to Different OrganicFertilizers withMicrobial Agent WANGRuonan，WANGDong-lIUYangetal（ClegeofEnvirontalScienceandEngineing，LiaonngTchnicalUnvesiy， Fuxin，Liaoning ）

AbstractThereclamationofopenpitdumpinloessarahasorsoilandlimitedplantgrowth.Inodertonvestigatewhethermcobialagentscancopatewiteapatofgaicferlietoiproveesoilqualityndplantgrowthharacteristsoflaatioite dumpinthisstudy，therclamationmodelofophoraflescensinthedumpofWujataopen-pitcoalmineinInnerMongoliaastakeasthe researchojectFeldtstetdasdoptedtoalyttgrowdtrntacteristcs，oltrntdteiatiodeatio ship analysis.The functional properties of S ：flavescens root and the response of soil to diferent organic fertilizers were investigated under the mediationofmicrobialmicrobialagentintheminedumpinloessarea.Theresultsshowthat：Mediatedbymicrobialagents，thenumberof rotsaddryandetroteighticeasdsignifcantlyunderthtreamentofoderateamontoforganicertilier.Properamontofanc fertilizer combined with microbial agent can promote the root growth of S .flavescens. Plant roots were obviously limited by N under the applicationofhighamoutsofoancfertliedepobleofrognltoasimproedbyedatiofcobalagetserowth characteristics of the roots of S .flavescens were closelyrelated tothe nutrient content insoil.Mediatedby microbial agents，the influence pathway of S ：flavescens root growth was changed，which was mainly influenced by soil microorganisms.

Key WordsDump;Microbial agents;Land reclamation;Vegetation restoration;Open pit coal mine

黃土高原地區(qū)煤礦資源豐富，是我國重要的能源基地，同時也是典型生態(tài)脆弱地區(qū)，煤炭開采加劇了沙漠化和水土流失的進程，加速了生態(tài)系統的退化，煤炭開采中形成的大面積露天煤礦排土場，改變了原有地貌，且重構土壤結構性差、養(yǎng)分貧瘠、土壤植被覆蓋度低，嚴重的水土流失導致周邊土壤鹽漬化和草場退化，極易引發(fā)水土流失等生態(tài)環(huán)境問題[1-3]。由于礦區(qū)廢棄物堆場等復墾地的土壤結構和肥力較差，土壤改良則成為礦區(qū)復墾的核心問題[4]。

微生物修復技術在礦區(qū)生態(tài)環(huán)境的應用是從修復生態(tài)系統的功能與結構角度出發(fā)的一種可持續(xù)方法，具有經濟高效、低能耗、綠色等特點[5]，可從根本上系統修復礦區(qū)土壤生態(tài)系統的功能，挖掘和激發(fā)土壤潛在肥力，通過給植物接種微生物，利用接種的優(yōu)勢微生物和植物間的相互關系，可改善植物營養(yǎng)條件，促進植物生長發(fā)育，對加快土壤改良、植被重建，促進礦區(qū)生態(tài)系統的穩(wěn)定和可持續(xù)發(fā)展具有重要作用[6。此外，有些微生物可存在于植物組織中或與植物形成共生關系，進而調控植物生長發(fā)育、基因表達及代謝等，協助植物耐受各種生物的和非生物的脅迫，提高其環(huán)境適應性[7-9]。目前，微生物技術在礦區(qū)生態(tài)恢復中的研究逐漸成為熱點，主要側重于礦區(qū)土壤修復改良與植被生長恢復方面。畢銀麗等[10-1]研究發(fā)現，接種菌根真菌在礦區(qū)人工干預植物群落演替中起著關鍵作用；對維持植物群落結構和功能穩(wěn)定性發(fā)揮重要作用，并通過聯合接菌研究發(fā)現，利用微生物-植物-土壤的綜合作用效應，可加快礦區(qū)受損生態(tài)的修復進程。郁紀東1在煤矸石、粉煤灰培植條件下，分別對刺槐、苜蓿、高羊茅接種從枝菌根真菌發(fā)現，菌根能有效促進植物生長。王翼翔等[13]研究表明，微生物菌劑在干旱脅迫條件下可提高礦區(qū)土壤微生物性質和紫花苜蓿的抗逆性。孔濤等[14]研究了3種菌劑混施對不同粒徑矸石的改良效益。然而，這些研究只聚焦于微生物對礦區(qū)生態(tài)修復的單一作用，而微生物菌劑作為微生物肥料的一種，其本身所含營養(yǎng)物質較少，不能滿足植物對養(yǎng)分的需求，還需考慮聯合有機肥，創(chuàng)造適宜植物生長的土壤營養(yǎng)條件及環(huán)境條件，充分發(fā)揮微生物的效果[15]。近年來，有機肥替代部分化肥在改善農田土壤環(huán)境方面的研究日益增多，但多集中在糧食作物，在礦區(qū)植被恢復中開展的系統研究較少，特別是在微生物菌劑介導下植物功能性狀與土壤對不同有機肥的響應研究鮮有報道。有機肥含有豐富的營養(yǎng)元素，不僅能為作物生長提供所需養(yǎng)分，還含有大量的有機質，經微生物分解可轉化形成腐殖質，促進團粒結構形成，使土壤孔隙度增加，透水性和通氣性增強，并且分解后產生的有機酸還能中和土壤的堿性，降低土壤pH，明顯改善土壤理化性質，發(fā)揮土壤潛在肥力[16]。栗麗等[17]研究表明，有機肥配施菌劑更有利于提高礦區(qū)復墾土壤肥力和土壤微生物特性，改善復墾土攘微生態(tài)環(huán)境。

因此，筆者通過研究微生物菌劑介導下復墾植物苦參根功能性狀與土壤理化性質對不同有機肥的響應特征，探究微生物菌劑與不同有機肥對苦參和土壤的協同作用與機理，明確適用于黃土區(qū)礦區(qū)植被恢復的微生物菌劑與有機肥的合適配比，以期為礦區(qū)植被恢復和環(huán)境治理提供一定的理論依據。

1材料與方法

1.1研究區(qū)概況武家塔露天煤礦位于內蒙古鄂爾多斯市伊金霍洛旗烏蘭木倫鎮(zhèn)（ 110°05^′55^′′～ 110°10^′48^′′E，39°15^′16^′′～ 39^°17^′50^′′N? ），屬于半干旱半沙漠的高原大陸性氣候。冬季嚴寒，夏季炎熱干燥，春季多風，全年少雨，溫差較大。區(qū)內地形復雜，受毛烏素沙漠的影響，該區(qū)大部分被風積沙覆蓋，風沙土和黃綿土分布廣泛，土壤結構松散，肥力低下，極易遭受風蝕、水蝕和重力侵蝕。天然植被以沙生植物為主，植被覆蓋率低，植物群落近 90% 為草本，具有耐瘠薄、抗風沙的特點[18]。

1.2供試材料試驗選用供試植物苦參（Sophora flavescens）為豆科槐屬多年生半木本植物，俗稱鳳凰爪[19]。其根系發(fā)達，適應性強，對土壤要求不嚴，沙質和半沙質土壤均可種植，在我國各地均有分布?？鄥⒏胨幱星鍩崂麧瘢咕?，健胃驅蟲之效，可用作治療皮膚瘙癢、神經衰弱、消化不良及便秘等癥，具有多種藥用價值[20]，應用范圍十分廣泛。

有機肥選用當地經過堆積發(fā)酵后的牛糞，微生物混合菌劑選用哈次木霉菌（Trichodermaharzianum）枯草芽孢桿菌（Bacillussubtilis）和膠質芽孢桿菌（Bacillusmucilaginosus）的混合菌，具體混合比例見表1。

1.3試驗設計采取大田試驗法，在武家塔露天煤礦排土場復墾地進行試驗。采用隨機區(qū)組設計，設計單獨施用有機肥與配施微生物混合菌劑2個組別共6個處理，每個處理3次重復；試驗地布設為 3m×3m 的試驗小區(qū)，各小區(qū)之間的距離為 1m ，共計18個試驗小區(qū)。6個處理分別為：單施低用量有機肥（T1）單施中用量有機肥（T2）、單施高用量有機肥（T3）、微生物菌劑配施低用量有機肥 （T1^′ ）微生物菌劑配施中用量有機肥（ ）、微生物菌劑配施高用量有機肥（T3^′） 。具體施肥用量信息見表1。

1.4樣品采集與測定于植物生長末期從不同處理各個重復的試驗小區(qū)中隨機選取長勢良好且基本一致的苦參待測株5株，測量植株高度；挖取植株全樣，清洗干凈，從出苗位置將地上部分莖與地下部分根分離，采用衡量法測量植株根系鮮重；采用烘干法測定根系干重，統計須根數，并測定根系長度和根系有機碳（SOC）、全氮（TN）、全磷（TP）等養(yǎng)分；收集根系周圍附著的土壤，采用多植株混合取樣法作為根際土壤樣品。

根系有機碳（SOC）測定采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮-重鉻酸鉀容量法，植物全氮（TN）測定采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮-半微量開氏法，植物全磷（TP）測定采用 H₂SO₄-H₂O₂ 消煮-釩鉬黃比色法。土壤全氮（TN）測定采用半微量凱氏法，土壤全磷（TP）測定采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法，土壤全鉀（TK）測定采用火焰原子吸收分光光度法。土壤有機碳（SOC）測定采用重鉻酸鉀-外加熱容量法，土壤微生物生物量碳（MBC）、土壤微生物生物量氮（MBN）測定采用氯仿熏蒸測定[21]。

1.5數據處理與分析采用Excel2019與SPSS27.0進行數據處理與統計分析，采用Origin2021軟件制圖。采用ANOVA方差分析和LSD多重比較法進行分析。采用Canoco5.0軟件進行冗余分析（RDA），分析微生物菌劑介導下苦參根功能性狀與土壤養(yǎng)分對不同有機肥的作用。

2 結果與分析

2.1 微生物菌劑介導下苦參根性狀對不同有機肥的響應特征

2.1.1苦參根生長的響應特征。不同施肥處理對植物根系生長情況的影響如圖1所示。由圖1可知，在未施用微生物菌劑時，苦參根長、須根數和根系干濕重在T1和T2處理均沒有顯著變化，在T3處理下有所增大，但也未達到顯著水平，表明低中用量有機肥單獨施用對苦參根生長的促進作用不顯著，而高用量有機肥單獨施用對其具有一定的促進作用，可見，在研究區(qū)苦參根系生長需要一定的有機肥。另外，微生物菌劑添加后，苦參根長、須根數、濕重、干重均表現為 T2^′gt;T3^′gt;T1^′ 其中低用量有機肥條件（ ΔTI^′ 下苦參根系生長指標均表現為低于未添加處理（T1）下，主要與微生物自身生殖也需消耗有機物有關；而微生物菌劑添加下植物的根長、須根數、鮮重、干重均在中用量有機肥（ ?^′T2^′ ）施用條件下有促進作用，且T2處理下的須根數顯著高于 T1^′.T3^′ 處理（ Plt;0.05 ，能夠顯著促進須根生長。各處理對根長生長影響均不顯著，對苦參的根濕重和根干重的影響規(guī)律基本一致，表現為 T2^′ 處理顯著高于T1處理（Plt;0.05） ?？梢?，適量的有機肥在微生物菌劑的介導下對苦參根系生長具有協同促進的作用。

2.1.2微生物菌劑介導下苦參根碳、氮、磷生態(tài)化學計量對不同有機肥的響應特征。微生物菌劑協同不同有機肥施用對植物根系養(yǎng)分含量及化學計量比的影響見圖2。由圖2可知，未添加微生物菌劑時，苦參根系有機碳和全磷含量在不同用量有機肥條件下變化不顯著，但根系全氮則在高用量有機肥處理（T3）下顯著低于低用量有機肥（T1）和中用量有機肥（T2）（ Plt;0.05） ；添加微生物菌劑后，根系有機碳含量在中用量（ 與高用量 （T3^′） ）有機肥施用條件下均顯著降低L （Plt;0.05） ；根系全磷在各處理下無顯著差異，表明苦參根系全磷受微生物菌劑與有機肥影響較小，而苦參根系有機碳在微生物菌劑介導下對中高用量有機肥表現為負反饋；根系全氮含量在高用量有機肥條件下受抑制，但在微生物菌劑介導下則有所促進，可能與高用量有機肥施用條件下苦參將氮重點分配供給地上生長有關，研究中發(fā)現該處理地上生長最佳也證實了這一結果，具體機理有待深入探究。

注：不同小寫字母表示單施組（T）、配施組（T'）內不同處理間差異顯著（ Plt;0.05） 。

Note：Different lowercase letters indicate significant differences （ Plt;0.05） ）between different treatmentswithin the single application group（T）and the combination application group（T'）.

Fig.1Plant root growthcharacteristicsunderdifferent treatments

苦參根系 C：N 在高用量有機肥施用下明顯高于其他用量處理，特別是未添加微生物菌劑時顯著高于低中用量處理（ Plt;0.05 ，但微生物菌劑介導下根系 C：N 有所降低；同時，根系 N：P 在高用量有機肥施用下明顯低于其他用量處理，且微生物菌劑介導下根系 N：P 有所增大，表明苦參根系在高用量有機肥施用下明顯受到氮限制，而微生物菌劑的添加對氮限制問題有所改善。另外，添加微生物菌劑對苦參根系C：P 影響顯著，表現為T1處理顯著高于T2'和T3'處理（ Plt; 0.05），未添加微生物處理間無顯著差異。

2.2微生物菌劑介導下苦參地土壤對不同有機肥施用的響應特征

2.2.1土壤養(yǎng)分的響應特征。苦參地土壤碳、氮、磷含量及化學計量比對不同有機肥施用的響應特征見圖3。在不同有機肥施用條件下，微生物菌劑添加對土壤碳氮磷含量及其化學計量比均表現出較大的差異性。微生物菌劑介導下，土壤SOC，TP，C：N，C：P 表現為隨著施肥量梯度變化呈現先降低后升高的趨勢。土壤TN表現為 T3gt;T1gt;T2 ，施用高用量有機肥顯著影響土壤TN含量（ Plt;0.05） ，高用量有機肥在微生物菌劑介導下對 C：N 影響顯著（ Plt;0.05 ）， C：P 表現為 T1gt;T3gt;T2.T1^′gt;T3^′gt;T2^′ 。 N：P 表現為隨著有機肥和微生物菌劑用量的增加而顯著降低（ Plt;0.05） °。

2.2.2土壤微生物的響應特征。由圖4可知，在不同施肥處理下，微生物菌劑添加對土壤微生物量碳（MBC）含量、土壤微生物量 C：N（MBC：MBN） 影響顯著（ Plt;0.05） ，表現為T2^′，T3^′ 顯著高于 T1^′ ;土壤微生物量氮（MBN）含量在各處理間無顯著差異，整體表現為 T^′ 高于 T 專

注：不同小寫字母表示單施組（T）、配施組（T\"）內不同處理間差異顯著（ Plt;0.05） 。

Note：Different lowercase letters indicate significant differences （ Plt;0.05） ）between different treatments within the single application group（T）and the combination application group （T^′） 》

Fig.2C，N，Pcontent and stoichiometric characteristics of plant roots under different treatments注：不同小寫字母表示單施組（T）、配施組（T'）內不同處理間差異顯著（ Plt;0.05） ）

Note：Different lowercase letters indicate significant differences （ Plt;0.05 ）between diferent treatments within the single application group（T）and the combination application group （T'）.

Fig.3C，N，Pcontent and stoichiometry characteristics of soil under different treatments

2.3不同有機肥施用下苦參根性狀與土壤的作用關系

2.3.1不同施肥處理下植物根系、土壤和土壤微生物養(yǎng)分含量及生態(tài)化學計量比的相關關系。由圖5可知，不同機肥施用條件下植物根系生理特征，C、N、P含量及化學計量比與土壤養(yǎng)分含量及化學計量比的相關關系均表現出不同的差異性。根長與根干重、根系有機碳呈顯著正相關（ Plt;0.05） ;須根數與根鮮重、干重呈極顯著正相關（ Plt;0.01? ；根鮮重與根系 C：N 呈顯著正相關（ ）；根系SOC與根系 C：P 呈極顯著正相關（ Plt;0.01 ）；根系TN與根系 N：P 呈極顯著正相關（ Plt;0.01 ）、與土壤MBC呈顯著正相關（ Plt;0.05， ，與根系 C：N 和土壤SOC、TP呈極顯著負相關（ Plt;0.01 ）、與C：N 呈顯著負相關（ Plt;0.05） ；根系 C：N 與土壤 soc.TP 、C：N 呈顯著正相關（ Plt;0.05） ，與根系 N：P 呈極顯著負相關（ Plt;0.01 ；根系 N：P 與土壤SOC呈極顯著負相關（ Plt; 0.01），與土壤 TN，TP 、土壤 C：N 呈顯著負相關（ ?lt;0.05） ：土壤 SOC 與土壤 TN，TP，C：N 呈極顯著正相關（ Plt;0.01 ），與土壤MBC呈顯著負相關（ Plt;0.05， ）;土壤TP與土壤 N：P 呈極顯著負相關（ Plt;0.01 ）；土壤 C：N 與土壤 N：P 呈顯著負相關（ （Plt;0.05）。

Note：Different lowercase letters indicate significant differences （ Plt;0.05 ）between different treatments within the single application group（T） and the combination application group （T^′） L

Fig.4Cand N content and stoichiometric ratio characteristics of soil microorganisms under diferent treatmer

Fig.5CoelatiosnttsilCobalassCtedetricaera

由圖6可知，微生物菌劑協同不同有機肥施用條件下植物根系生理特征， C，N，P 含量及化學計量比與土壤養(yǎng)分含量及化學計量比的相關關系均表現出不同的差異性。須根數與根鮮重、干重呈顯著正相關（ Plt;0.05， ；根系SOC與根系C：P 呈極顯著正相關（ Plt;0.01） ，與土壤 呈顯著負相關（ Plt;0.05 ；根系TN與根系 N：P 呈極顯著正相關 （Plt;0.01） ，與根系 C：N 呈極顯著負相關（ Plt;0.01） ；根系C：N 與根系 N：P 呈極顯著負相關（ Plt;0.01 ；根系 C：P 與土壤MBC呈顯著負相關（ Plt;0.05） ；土壤SOC與土壤 TP 、C：N，C：P 呈極顯著正相關（ Plt;0.01? ;土壤TN與土壤 N：P 呈顯著正相關（ （Plt;0.05） ，與土壤 MBC：MBN 呈顯著負相關（ Plt;0.05） ;土壤TP與土壤 N：P 呈極顯著負相關（ Plt;0.01） ;土壤 C：N 與土壤 N：P 呈顯著負相關（ Plt;0.05） ；土壤MBC與 MBC：MBN 呈極顯著正相關（ ?？梢?，微生物菌劑介導下根系生長指標與土壤MBC顯著相關。

2.3.2植物根系生長與土壤養(yǎng)分的關系。由圖 7a 可知，未添加微生物菌劑處理下，Axis-1和Axis-2分別解釋了變量的 54.74% 和 15.63% ，總解釋量為 70.37% ；由圖7b可知，微生物菌劑介導下，Axis-1和Axis-2分別解釋了變量的54.98% 和 12.96% ，總解釋量為 67.94% ，說明無論微生物菌劑是否介導，土壤是影響植物根系生長的關鍵因素。由圖7a可知，除根系全氮含量外，植物根系生長指標與根系養(yǎng)分指標間整體具有協同性，與土壤有機碳（SOC）、土壤全磷（TP）、土壤全氮（TN）正相關;由圖7b可知，微生物菌劑介導下，根系有機碳（SOC）和根系全氮（TN）與根系其他指標不一致，而且根系生長指標主要與土壤微生物量碳（MBC）、微生物量氮（MBN）和全鉀（TK）密切正相關?？梢姡⑸锞鷦┙閷?，苦參植物根系生長主要受土壤微生物的影響，而且根系有機碳的影響發(fā)生改變。

3結論與討論

不同施肥處理對于植物根系生長特征影響各異。該研究中，中等用量有機肥施用條件下，植物的根長、須根數、濕重、干重均表現為添加菌劑高于未添加菌劑，表明適量的有機肥在微生物菌劑的介導下對苦參根系生長具有協同促進的作用。苦參根系有機碳和全磷含量在不同處理下變化較小，比較穩(wěn)定，受外界養(yǎng)分補給的影響較小，而全氮在高用量有機肥受到抑制，但在微生物菌劑介導下又有所提升，表明微生物菌劑在高用量有機肥條件下可協同促進苦參根系全氮含量的增加。植物根系碳氮磷化學計量受養(yǎng)分含量變化差異相對明顯，在高用量有機肥施用下明顯受到氮限制，而微生物菌劑的添加對氮限制問題有所改善。

不同用量有機肥施用對土壤養(yǎng)分含量與生態(tài)化學計量具有明顯的影響。該研究發(fā)現，在不同有機肥施用條件下，土壤中的碳、氮、磷含量以及其化學計量比都呈現出一定的變化趨勢，特別是在高用量有機肥處理下，這些養(yǎng)分的含量顯著高于其他處理，這主要是由于有機肥施用導致了土壤養(yǎng)分富集的結果。結果還顯示，在不同用量有機肥基施條件下，土壤的生態(tài)化學計量特征受到影響，尤其是土壤氮磷比出現不平衡的情況，這表明了有機肥的使用可能會改變土壤中元素之間的比例，從而影響土壤的生態(tài)化學計量特征的穩(wěn)定性。

該研究發(fā)現，植物根系的生長特征與土壤中的養(yǎng)分含量密切相關。尤其是根長、根干重和根系有機碳含量與土壤養(yǎng)分含量呈現顯著的正相關關系，這表明了土壤中的養(yǎng)分水平可能是影響植物根系生長的關鍵因素之一。同樣地，根系的化學計量比與土壤中的化學計量比之間也存在一定的關聯。這些關聯可能反映了植物根系對土壤中不同養(yǎng)分的吸收和利用方式，以及根系與土壤之間的營養(yǎng)交換。

研究結果還表明，微生物菌劑的添加可能會影響植物根系的生長和養(yǎng)分吸收。特別是在一些條件下，微生物菌劑的添加能夠顯著促進植物根系的生長，同時調節(jié)根系的化學計量比，使其更適合于與土壤中的養(yǎng)分相匹配。同時，相關性分析發(fā)現，微生物菌劑介導下根系生長指標與土壤MBC顯著相關，RDA分析發(fā)現，根系生長指標主要與土壤MBC、MBN和TK密切正相關，表明微生物菌劑的介入可改變植物根系生長的影響途徑。微生物菌劑介導下，苦參植物根系生長主要受土壤微生物的影響，而且根系有機碳發(fā)生改變。此外，微生物菌劑的介入還可能改變土壤中的養(yǎng)分特征，包括王壤中的SOC、TN和TP含量，以及其化學計量比。這表明微生物對土壤養(yǎng)分循環(huán)和生態(tài)系統穩(wěn)定性可能具有重要的調節(jié)作用。

綜上可知，適量的有機肥在微生物菌劑的介導對苦參根系生長具有協同促進的作用；植物根系在高用量有機肥施用下明顯受到氮限制，而微生物菌劑的添加對氮限制問題有所改善。高用量有機肥施用可顯著提升土壤養(yǎng)分，但土壤氮磷比出現不平衡?？鄥⒏档纳L特征與土壤中的養(yǎng)分含量密切相關；微生物菌劑介導下，苦參植物根系生長影響途徑發(fā)生長改變，主要受土壤微生物的影響。

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