全 文 ：外生菌根真菌在大型露天煤矿生态修复中
的应用研究*
韩桂云* * 孙铁珩 李培军 张春桂 张海荣 姚德明
(中国科学院沈阳应用生态研究所, 沈阳 110016)
摘要 在霍林河露天煤矿脆弱生态地带的生态修复中,应用菌根生物技术, 选用露天开采的剥离物绿色
泥岩,以施肥和不施肥、泥岩氨化等处理进行不同条件的盆栽模拟试验. 结果表明, 绿色泥岩接种菌根菌
剂, 不施肥的感染率和成活率均高出施肥的 1. 21~ 2. 78 倍和 1. 0~ 2. 7 倍.供试的菌根菌剂中, 010、A 和 B
菌剂对贫瘠和渗透率低的土壤条件表现出较强的调控能力.泥岩氨化对其理化条件虽能有所改善, 但氨和
磷聚集使幼苗成活时间甚短.
关键词 露天煤矿 生态修复 菌根生物技术 绿色泥岩
文章编号 1001- 9332( 2002) - 09- 1150- 03 中图分类号 X171. 4 文献标识码 A
Ecological reconstruction of large opencut coal mine through ectomycorrhizal biotechnology. HAN Guiyun,
SUN T ieheng, LI Peijun, ZHANG Chungui, ZHANG Haiyong , YIAO Deming ( I nstitute of App lied Ecology ,
Chinese A cademy of Sciences , Shenyang 110016) . Chin . J . A pp l. Ecol . , 2002, 13( 9) : 1150~ 1152.
Pot experiment w ith discarded gr eenish mudstone from larg e opencut coal mine as test soil w as conducted to
study the application of ectomycorrhizal fungi in the ecolog ical r econstruction of fragile ecolog ical belt of large
opencut coal mine of Huolinhe region, Inner Mongolia. The result show ed that after the greenish mudstone was
inoculated with ectomycorrhizal fung i, the rates of seedling infection and sur vival were 1. 21~ 2. 78 higher in
treatment wit h no fertilizer application than in t hat w ith fertilizer application. The test ectomyco rrhizal inoculum
010, A and B had a stronger regulation ability in infertile and low penetration coefficient so il. T he ammonifica
tion of t he mudstone could improve its physical and chemical properties, but shorten the surv ival duration of
seedling on account of t he accumulat ion of ammonia and phosphorus in it.
Key words Opencur coal mine, Ecolog ical r estor at ion, Myco rrhizal biotechnolog y, G reenish mudstone.
* 国家 九五重点攻关资助项目( 96920130302) .
* * 通讯联系人.
2001- 06- 25收稿, 2002- 03- 12接受.
1 引 言
霍林河露天煤矿地处风沙严重的半干旱草原高
寒地区[ 6] ,又是我国新开发的五大露天煤矿之一,
具有年产煤 1. 0 104t 的能力, 随着矿物局二期工
程投产,生产能力正向 2. 0 104t 迈进. 矿区的大量
煤炭开采,使土地遭到大规模的破坏,特别是露天开
采直接摧毁地表土层和植被, 引起原有土层和植被
的剧烈改变,以致原有地表层被岩石、母质和泥沙剥
离物所代替,形成 20~ 80m 高人工松散堆积的排土
场[ 1] .其裸露粗糙, 无植被覆盖, 风化侵蚀后必然造
成严重的水土流失, 破坏了原有的自然生态系统, 因
此恢复和重建这种脆弱生态地带是矿山复垦的当务
之急. 早在 20 世纪 70 年代美国的 Kentucky Vir
g iniain酸性煤矿废弃地上, Marx 等[ 5]应用外生菌根
真菌 Pisol ithus tinctorius 使残存的松树幼苗的生长
得到了改善. 70年代中期, 美国正式通过露天矿区
土地管理和复垦条例( SMCRA) , 并在全美范围内
实施生效. 国内露天煤矿开采特别是大型露天矿区
的生态恢复研究还很薄弱,尤其对于外生菌根菌剂
在露天煤矿侵蚀地恢复与重建的应用还未见报导.
本研究以霍林河露天煤矿排土场风化、侵蚀多年的
绿色泥岩为主要供试土壤接种外生菌根真菌菌剂,
分别以施肥和不施肥、泥岩氨化等处理进行模拟实
验,以探讨这种侵蚀地生态恢复的适用技术,为大型
露天煤矿侵蚀地生态恢复提供理论和实践依据.
2 材料与方法
2 1 实验材料
供试植物为兴安落叶松( L ar ix gmelinii Rupr. ) ;供试菌
种见表 1;供试土壤为绿色泥岩、草甸土、河沙和氨化泥岩,
其理化参数见表 2.
2 2 研究方法
供试菌种为通过 3 级纯培养制备成的菌根菌剂.
土壤处理及其配比: 泥岩经过分筛、蒸汽高压灭菌、泥岩
氨化处理 ( P含量为0. 05% 、N为0. 01% , 放入泥岩中封闭
应 用 生 态 学 报 2002 年 9 月 第 13 卷 第 9 期
CHINESE JOURNAL OF APPLIED ECOLOGY, Sept . 2002, 13( 9)1150~ 1152
表 1 供试的菌根真菌
Table 1 Test of mycorrhizal fungi
代号
Code
菌种 Species 来源 Source
91 毛边滑绣伞 H ebeloma mesophaeum 中国科学院沈阳应用生态研究所
92 赭丝膜菌 Cortinarius russus Inst itute of Applied Ecology, CAS
94 劣味乳菇 Lactari us insulsus
010 黑菇1 Russula adusta
40 头状马勃 Cav ati a craniif ormia
45 粉紫香蘑 Lep is ta p ersonata
A 91+ 92+ 94= A 混合菌种 Compouds
B 010+ 40+ 45= B
表 2 供试土类理化性质
Table 2 Physicochemical properties of soi l tested
土类
Soil
容重
Bulk
density
( gcm- 3)
渗透系数
Osmos is
coefficient
( mmmin- 1)
全 N
Total N
( % )
全 P
Total P
( % )
全 K
Total K
( % )
有机质
O. M .
( % )
pH
绿色泥岩 1. 52 0. 85 0. 043 0. 035 0. 520 1. 76 7. 79
G reenish mudstone
氨化泥岩 1. 48 0. 65 0. 996 1. 350 0. 489 2. 03 7. 02
Ammoniate mudstone
草甸土M eadow soil 1. 34 - 0. 11 0. 040 0. 593 1. 78 7. 0
进行氨化,数日后使用) . 灭菌泥岩施肥( Fertilize, 简称 F)和
不施肥 ( Nofertilize 简称 NoF) . 肥料为 KH2PO4 0. 5%、Ca
( H2PO4 ) H2OCaSO 4 0. 5% , NH2CONH20. 05% , 使其土壤 N、
P、K 含量分别为 0. 22、1. 74 和 1. 44gkg- 1 .
氨化泥岩与草甸土、河砂按 111 比例配制.
种子处理: 采用无菌催芽. 菌种采用单接种、混合接种
( A、B)等方式 .
23 盆钵基质量、菌剂量及播种量:基质为0. 75kg /盆, 菌剂
量为 30g/盆, 播种量为 6 株/盆, 试验以不接菌种为 CK , 每
项重复 3 次.
3 结果与讨论
31 施肥和不施肥条件下接种菌根真菌对幼苗生
长的效应
311绿色泥岩接种菌根真菌对幼苗菌根化强度及
成活率的影响 由于绿色泥岩为露天煤矿开采的
剥离物,养分十分贫瘠,渗透率低, 极易板结. 本试验
在未考虑有机肥料情况下适当施入部分无机肥, 以
补充 N、P、K 的不足, 试图通过应用菌根技术及配
合施肥的综合措施来改善土壤的理化性质, 使其适
应植物生长.结果表明,所有接种菌根真菌不施肥的
幼苗菌根感染率(既菌根化强度)均高于相同菌种施
肥的幼苗感染率 1. 21~ 2. 78倍(图 1) , 从而增强了
受感染的菌根化幼苗的抗逆能力,各菌种不施肥的
幼苗成活率均高于施肥的幼苗 1. 0~ 2. 7 倍(菌种
40除外) .值得注意的是, 无论施肥与否,对照的成
活率均为 1. 7%.由此可见, 在这类特殊的土壤条件
下,能使幼苗成活及生长并不取决于土壤中是否施
入肥料,因为施入肥料没能使幼苗的成活率所提高,
反而有所下降.表明该土壤的容重和土壤渗透率成
为植物生长的主要限定因子.
图 1 菌根真菌对幼苗感染率和成活率的影响
Fig. 1 Ef fect of mycorrhizal fungi inoculation on th e infect ion and sur
vival rate of seedings.
.施肥 Fertilize, .不施肥 No fert ilize.
李晓林等[ 4]研究结果表明,当土壤容重为 1. 8g
cm- 3时植物根系不能生长, 而菌根真菌的菌丝却
在其中伸展并吸收养分. 本试验供试土壤容重为
1. 52gcm- 3、渗透系数为 0. 85 的条件下(表 2) , 接
种菌根真菌菌剂后, 其首先选择并创造自身生存繁
育的条件,然后与宿主植物共生使之成为菌根化,最
终由于菌根真菌的感染改变了宿主植物根系状态及
生理生化性状,改善了根际的微生态环境,从而使宿
主植物得以存活与正常生长.同时发现菌根感染强
度高的幼苗生长较为粗壮,表明菌根真菌的强烈感
染能显著促进供试植物的成活与生长.由此可见,植
物能与菌根真菌形成菌根,使其忍耐不良环境的调
控能力得到进化, 同时适应于这些环境的共生真菌
也相应得到了选择, 表明植物能与共生真菌形成联
合共生体系是它们长期共存,相互依赖而达到自然
选择的互利互惠条件的结果.
312 不同菌根真菌在绿色泥岩中的调控性 菌根
真菌在绿色泥岩中施肥与不施肥, 对幼苗的生长及
生物量都表现出程度不同的促进作用. 施肥和不施
肥的总生物量和根生物量比对照平均增加339. 82%
和 284. 33%; 270. 60和 250. 96%(表 3) . 然而, 比较
两种处理条件的不同菌根菌剂对幼苗生物量的调控
时发现,菌剂 A、B和 010 的作用有其独特性. 在幼
苗的各项生长状况中, 它们对施入的肥料无依懒性,
尤以A 和 B菌剂更为突出. 其在不施肥的泥岩中幼
苗苗高、地径、侧根数、总生物量和根生物量等的各
11519 期 韩桂云等:外生菌根真菌在大型露天煤矿生态修复中的应用研究
项生长指标分别高出施肥的 1. 79、4. 89 倍; 5. 68、
2. 28倍; 1. 44和 2. 9倍; 1. 51、18. 7倍; 1. 78、69. 73
倍.而 010除侧根数不规律外,其它项目均相应高出
施肥的 1. 44、1. 95、1. 46 和 1. 85 倍, 表明该 3种菌
根菌剂对贫瘠和渗透率极低的土壤条件有较强的调
控能力. 在这 3种菌剂中, 010为单一菌种菌剂, A
和 B均为混合菌剂.而混合菌剂在本试验结果再一
次证明,混合菌剂是集中了几种菌根真菌的相互作
用的综合优势, 所表现出的协同复合效应,同时又说
明菌剂 010是一种很有应用前景的菌根真菌[ 2, 3] .
表 3 绿色泥岩接种菌根真菌施肥与不施肥对幼苗的生长效应
Table 3 Effect of seedling inoculate mycorrhizel fungi apply fertilizer
and no apply fertil izer on the growth of greenish mudstone
菌种
Species
施肥情况
Fertilizer
condition
苗高
Height
( cm)
地径
Diameter
( cm)
侧根
La teral root
( ind. )
总生物量
Biomass
( g)
根生物量
Root biomass
( g)
91 F 5. 567 0. 189 21. 833 0. 181 0. 100
NoF 3. 550 0. 110 13. 375 0. 069 0. 036
94 F 3. 783 0. 149 31. 667 0. 092 0. 063
NoF 4. 780 0. 106 13. 800 0. 065 0. 037
92 F 4. 425 0. 149 26. 500 0. 104 0. 058
NoF 2. 929 0. 101 13. 143 0. 036 0. 020
A F 3. 075 0. 123 15. 250 0. 087 0. 053
NoF 4. 209 0. 148 22. 000 0. 113 0. 062
010 F 3. 283 0. 130 24. 833 0. 101 0. 063
NoF 4. 283 0. 145 20. 667 0. 130 0. 078
40 F 3. 957 0. 150 18. 571 0. 098 0. 053
NoF 2. 833 0. 123 12. 333 0. 049 0. 025
45 F 4. 960 0. 178 25. 000 0. 256 0. 098
NoF 3. 450 0. 117 21. 167 0. 075 0. 042
B F 2. 180 0. 104 6. 200 0. 031 0. 016
NoF 3. 800 0. 147 19. 889 0. 096 0. 065
CK F 2. 400 0. 112 2. 600 0. 027 0. 017
NoF 2. 800 0. 095 6. 000 0. 026 0. 013
32 菌根真菌在氨化泥岩中的应用
氨化泥岩接种菌根真菌对幼苗的生长效应 泥
岩氨化处理后, 虽对其本身的不良理化特性有所改
善,使土壤变得较松散,渗透速率增加, 出苗率提高,
但苗木存活期甚短, 尽管在接种菌根真菌的情况下,
最初幼苗存活期也只有一周左右,其主要原因是该
土类经过氨化处理后, 氨过剩 P 聚集所致, 而菌根
真菌在过量的 N 和 P 条件下, 其生长也受到抑制.
将这批实验放置一段时间,使土壤中氨自然挥发( 3
个月)后,又重新播种, 苗木的存活期由原来的一周
提高到一个月, 但最后还是相继死亡,说明该条件下
的氨虽有所挥发,但大部分仍然存留在泥岩中,以致
表 4 氨化泥岩接种菌根真菌对幼苗成活率的影响
Table 4 Effect of seedling inoculate mycorrbizal fungi ammoniated
mudstone on the survival rate
菌种
Species
活苗情况
Survival seedling
成活率 Survival rate( % )
< 30d > 30d
91 10 55. 56 0
94 10 55. 56 0
A 12 66. 67 0
010 8 44. 44 0
40 6 33. 33 0
45 8 44. 44 0
B 14 77. 78 0
Ck 6 33. 33 0
幼苗不能正常存活. 在对苗木存活的观察记录中同
样发现, 不同菌根菌剂在该条件的忍耐力仍有一定
的差异(表 4) . 表现最为突出的是 B和A,其次是 91
和 94, 010和 45也较好.尽管如此,该项复垦措施仍
以失败而告终,值得欣慰的是,菌根菌剂在这种人为
逆境的条件下,其抗逆能力仍有所体现,在方法和技
术上有待于进一步完善.
参考文献
1 Bai ZK (白中科 ) , Wang WY( 王文英) , et al . 1998. Ecological
rehabilit at ion of drast ically disturbed land at large opencut coal mine
in loess area. Chin J App l Ecol (应用生态学报) , 9 ( 6) : 621~ 626
( in Chinese)
2 Han GY(韩桂云) , Deng S J(邓仕坚) , et al . 2000. Effect s of eco
tomycorrhizal inoculation on the grow th of Pinus massoniana and
Castanop si s hyst rix seedling. Chin J Appl E col (应用生态学报 ) ,
11( supp. ) : 227~ 230( in Chinese)
3 Han GY(韩桂云) , Zhao SQ(赵淑清) , et al . U t ilizat ion of carbon
and nit rogen nutrients by mycorrhizal fungi in oak forest. Chin J
Ap pl Ecol (应用生态学报) , 10( 3) : 338~ 340( in Chinese)
4 Li XL(李晓林) , Zhou WL (周文龙 ) , et al . 1994. Acquisit ion of
phosphorus by VAmycorrhizal hyphae from soil w ith high compa
t ibilit y. A cta Pedol S in (土壤学报) , 31( supp. ) : 195~ 203( in Ch i
nese)
5 Marx DH and Artmon JD. 1979. Pisol i thus t imctorius ectomycor
rhize improve survival and grow th of pine seedling. Reclamat ion
Rev i ew , 2: 23~ 31
6 Sun TH(孙铁珩) , Jiang FQ(姜凤岐) . 1996. Environment Ef fect
and Ecological Engineering in th e Exploit of Grassland Mining
Area. Beijing: Science Press. ( in Chinese)
作者简介 韩桂云, 女, 1952 年生,高级实验师,长期从事菌
根与植物营养方面的研究, 发表论文 20余篇.
1152 应 用 生 态 学 报 13卷