礦區土接種AMF和根瘤菌對紫花苜蓿及土壤氮磷的影響

田 超，李 倩，許慶方 ，郝鮮俊 ，高文俊

（1.山西農業大學動物科技學院，山西太谷030801；2.山西農業大學資源環境學院，山西太谷030801）

我國是世界最大的煤炭生產國和消費國，因采煤已形成了約200萬hm2的采煤塌陷區，而且仍以每年約7萬hm2的速度在增加[1]。山西作為我國煤炭大省，因煤炭開采造成地面塌陷面積達6.7萬hm2[2]。礦區土壤由于長期受到機械擾動并且缺少植被覆蓋，導致土壤養分含量低、土壤結構性差[3]。因此，煤礦塌陷區的綜合治理極其重要，且迫在眉睫[4]。

AMF可以通過其分泌物及龐大的菌絲網絡促進植株生長和營養吸收，尤其能促進植物對磷的吸收，對貧瘠土壤修復效果更為顯著[5-7]。目前，關于大田利用微生物修復技術改善土壤微生態環境，提升土壤肥力已有大量研究[8-10]，而在礦區土壤上運用生物技術進行生態修復也逐漸成為目前的研究熱點。對植物進行AMF和根瘤菌雙接種，較單接種和不接種更有利于植物生長，二者可起到協同促進作用[11]。有研究表明[12-13]，通過AMF和根瘤菌雙接種提高了紫花苜蓿的耐鹽堿能力，減輕了鹽堿脅迫對苜蓿的傷害。劉磊[14]研究證實，通過AMF和根瘤菌雙接種可以提高紫花苜蓿對重金屬污染土壤的耐受能力，從而有效改良礦區重金屬污染土壤。李淑敏等[15]通過間作盆栽大豆玉米進行AMF和根瘤菌雙接種試驗，結果表明，雙接種可提高植物生物量和含氮量。目前，AMF和根瘤菌雙接種研究多見于抗性及受重金屬污染地區，而對煤礦塌陷區種植牧草進行AMF和根瘤菌雙接種，以提高礦區土壤肥力還鮮有報道。

紫花苜蓿（Medicago sativa）具有抗旱性、耐鹽堿性，被作為優良牧草廣泛種植[16]；同時，其還可有效固氮，提高土壤養分，常常被用在干旱和貧瘠土壤中的環境修復[17]，也是礦區土壤復墾和植被恢復中不錯的選擇之一。

本試驗通過研究接種AMF和根瘤菌，探討不同接種處理對苜蓿氮磷吸收能力及礦區土壤養分含量的影響，以期為提升礦區土壤肥力、促進礦區生態恢復提供理論依據和技術支持。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

供試土壤采自山西省介休市連福鎮金山坡煤礦塌陷區。該區土壤全氮0.11 g/kg、全磷0.06 g/kg、有效磷11.35 mg/kg、有機質17.89 g/kg，pH值8.43。土壤采集風干后過2 mm篩，進行高溫滅菌。

供試苜蓿品種為中苜一號，購于中國農業科學院畜牧研究所。

供試AMF菌種為摩西球囊霉（Glomus mosseae，Gm），購于北京市農林科學院BGC菌種庫；根瘤菌（Rhizobium，V）購于克勞沃（北京）生態科技有限公司。

1.2 試驗方法

試驗在山西農業大學動物科技學院草學智能溫室中進行，溫室平均溫度為14～29℃，相對濕度為65%～80%。

試驗處理列于表1。每盆裝6 kg風干土，每個處理4次重復。其中，單接種處理加菌劑100 g/盆；雙接種處理加2種菌劑各50 g/盆及50 mL/盆接種劑的濾液；不接種處理對照，每盆加等體積無菌液體培養基；自然土對照不進行任何處理。每盆均勻播種15粒，出苗7 d后統一間苗為10株。

表1 試驗處理

1.3 測定項目及方法

于苜蓿盛花期收獲，取地上部植株于105℃烘箱殺青30 min，后在65℃烘干至恒質量，測定植株的氮、磷含量[18]和硝酸還原酶活性[19]。取根際土壤樣品陰干后過2 mm篩，測定土壤有效氮含量[18]、有效磷含量[18]和堿性磷酸酶活性[20]。

1.4 數據分析

采用SPSS 24.0軟件進行數據分析，采用Microsoft Excel 2013軟件作圖。

2 結果與分析

2.1 接種AMF和根瘤菌對苜蓿氮、磷含量的影響

2.1.1 接種AMF和根瘤菌對苜蓿氮含量的影響圖1結果表明，不同處理對苜蓿氮含量的影響大小為Gm＋V＞V＞Gm＞R＞CK。其中，CK的氮含量最低，僅為1.13%，R處理的氮含量為1.19%，Gm＋V處理的氮含量最高，為2.34%，較CK和R分別顯著提高了107.1%和96.6%；接種處理氮含量均顯著高于未接種處理（P＜0.05），且雙接種Gm＋V處理氮含量顯著高于單接種Gm和V處理（P＜0.05），CK和R之間的氮含量差異也達顯著水平（P＜0.05）。表明雙接種處理更能促進苜蓿對氮的吸收。

2.1.2 接種AMF和根瘤菌對苜蓿磷含量的影響

由圖2可知，不同處理對苜蓿磷含量的影響大小為Gm＋V＞Gm＞V＞CK＞R。其中，R處理的苜蓿磷含量最低，僅為0.46%，Gm＋V處理的苜蓿磷含量最高，為0.84%，較CK提高了82.6%；接種處理較未接種處理更能提升苜蓿的磷含量（P＜0.05），雙接種處理與接種AMF的Gm處理的磷含量間無顯著差異（P＞0.05），但二者顯著高于接種根瘤菌的V處理（P＜0.05），未接種處理CK和R的磷含量間無顯著差異（P＞0.05）?？赡苁且驗樵谖唇臃N狀態下，苜蓿對磷元素的吸收困難，生長受到抑制，在雙接種AMF和根瘤菌狀態下，二者協同促進了苜蓿生長。

2.2 接種AMF和根瘤菌對礦區土壤氮、磷含量的影響

2.2.1 接種AMF和根瘤菌對礦區土壤有效氮含量的影響 由圖3可知，不同處理對土壤有效氮含量的影響大小為Gm＋V＞V＞Gm＞R＞CK。其中，雙接種處理與單接種根瘤菌的V處理間土壤有效氮含量差異不顯著（P＞0.05），但其顯著高于單接種Gm處理（P＜0.05），單接種的Gm和V處理間差異不顯著（P＞0.05），說明接種AMF能提高根瘤菌的固氮能力；CK和R間差異不顯著（P＞0.05）。

2.2.2 接種AMF和根瘤菌對礦區土壤有效磷含量的影響 接種AMF和根瘤菌對礦區土壤有效磷含量的影響如圖4所示。

由圖4可知，不同處理對土壤有效磷含量的影響大小為Gm＋V＞Gm＞V＞R＞CK。其中，接種處理的土壤有效磷含量均顯著高于CK處理（P＜0.05），為CK的1.2～1.9倍；雙接種處理較單接種處理更有利于土壤有效磷的吸收（P＜0.05），且Gm處理土壤有效磷含量顯著高于V處理（P＜0.05）。說明礦區土壤磷含量低，接種根瘤菌會不同程度影響苜蓿及AMF的生長發育，CK和R處理間存在差異，但不顯著，說明植株在未接種狀態依靠自身能力較難提高土壤磷含量。

2.3 接種AMF和根瘤菌對苜蓿和礦區土壤酶活性的影響

2.3.1 接種AMF和根瘤菌對礦區土壤堿性磷酸酶活性的影響 如圖5所示，不同處理對土壤堿性磷酸酶活性影響大小為Gm＋V＞Gm＞V＞R＞CK。其中，接種處理較CK處理更能提高土壤堿性磷酸酶活性（P＜0.05），是CK的1.14～2.39倍；堿性磷酸酶活性的大小可以反映AMF的活性，且無論是單接種還是雙接種，接種AMF處理的土壤堿性磷酸酶活性均顯著高于接種根瘤菌和不接種處理。

2.3.2 接種AMF和根瘤菌對礦區苜蓿硝酸還原酶活性的影響 接種AMF和根瘤菌對礦區苜蓿硝酸還原酶活性的影響如圖6所示。

由圖6可知，不同處理對苜蓿硝酸還原酶活性影響大小為Gm＋V＞Gm＞V＞R＞CK。其中，雙接種處理較單接種處理更有利于提升苜蓿硝酸還原酶活性（P＜0.05），而單接種Gm和V處理間差異不顯著（P＞0.05）。說明接種AMF和根瘤菌會不同程度影響苜蓿氮代謝酶活性，且雙接種的協同作用更有效。CK和R處理間差異不顯著（P＞0.05），說明自然土中基本沒有影響植物氮代謝酶活性的菌群。

3 討論

3.1 礦區土壤接種AMF和根瘤菌對苜蓿氮、磷含量的影響

大量研究表明，根瘤菌通過固氮可為植株生長提供氮源，而叢枝菌根真菌為其提供有效磷，能顯著提高植株的固氮能力[21-23]。礦區土壤貧瘠且磷元素含量較低。本試驗發現，當雙接種AMF與根瘤菌形成有效的共生關系時，能有效促進植株對養分的吸收，提高苜蓿地上部的氮、磷含量，這與李雅慧等[24]的研究結果一致。本試驗還發現，未接種處理的苜蓿吸收養分的能力較弱，生長受阻，發育緩慢。

3.2 礦區土壤接種AMF和根瘤菌對土壤氮、磷含量的影響

不同土壤環境是影響真菌種群及其分布的主要因素，如土壤氮、磷營養及根系分泌物等[25]。本研究表明，在礦區土壤中，AMF聯合根瘤菌協同作用提高了土壤有效氮和有效磷含量，而土壤有效磷含量的增加也反映出AMF與根瘤菌存在相互作用，這與任愛天等[26]的研究結果一致。礦區土壤接種AMF較接種根瘤菌及不接種處理更能提高土壤有效磷含量，說明在礦區種植苜蓿接種AMF可以通過促進磷元素的吸收提高苜蓿的固氮能力。雙接種處理提高了土壤有效氮含量，但與單接種根瘤菌處理間差異不顯著，這與王軍等[11]的研究結果一致。礦區土壤養分匱乏、磷含量較低，雙接種AMF和根瘤菌在低磷環境中對苜蓿的雙重作用保證了苜蓿與菌根和根瘤的共同發育，提升了植物吸收氮磷營養的能力。

3.3 礦區土壤接種AMF和根瘤菌對苜蓿和土壤酶活性的影響

植株和土壤酶活性的大小可以反映土壤養分的高低及土壤肥力的大小[27]。已有研究表明，接種AMF有利于土壤堿性磷酸酶活性的增強[6]，MAIER等[28]和宋福強等[29]研究認為，堿性磷酸酶活性的增強，能夠提高土壤可利用磷含量，均與本研究結果一致。硝酸還原酶活性的高低可以反映植物氮代謝能力的強弱，該酶是反映植物氮代謝的主要酶[30]。本試驗結果表明，單接種和雙接種處理的植物硝酸還原酶活性均與CK和R間差異顯著，且雙接種處理顯著高于各單接種處理，說明接種AMF和根瘤菌有助于植物硝酸還原酶活性的增強。

4 結論

本研究結果表明，礦區土壤接種AMF和根瘤菌有效提升了苜蓿對氮、磷養分的吸收，提高了植物的硝酸還原酶的活性，促進宿主植物氮代謝，且雙接種效果優于單接種，表現出互利共生的正效應。同時，雙接種處理能有效改善土壤理化性質，通過提高土壤有效磷、有效氮含量和堿性磷酸酶活性，豐富礦區土壤營養，提升礦區土壤肥力。