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Effects of AMF on soil improvement and maize growth in mining area under drought stress

干旱胁迫下AM真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响



全 文 :
摇 摇 摇 摇 摇 生 态 学 报
摇 摇 摇 摇 摇 摇 摇 (SHENGTAI XUEBAO)
摇 摇 第 33 卷 第 13 期摇 摇 2013 年 7 月摇 (半月刊)
目摇 摇 次
前沿理论与学科综述
强度干扰后退化森林生态系统中保留木的生态效应研究综述 缪摇 宁,刘世荣,史作民,等 (3889)……………
AM真菌对重金属污染土壤生物修复的应用与机理 罗巧玉,王晓娟,林双双,等 (3898)………………………
个体与基础生态
东灵山不同林型五角枫叶性状异速生长关系随发育阶段的变化 姚摇 婧,李摇 颖,魏丽萍,等 (3907)…………
不同温度下 CO2 浓度增高对坛紫菜生长和叶绿素荧光特性的影响 刘摇 露,丁柳丽,陈伟洲,等 (3916)……
基于 LULUCF温室气体清单编制的浙江省杉木林生物量换算因子 朱汤军,沈楚楚,季碧勇,等 (3925)………
土壤逐渐干旱对菖蒲生长及光合荧光特性的影响 王文林,万寅婧,刘摇 波,等 (3933)…………………………
一株柠条内生解磷菌的分离鉴定及实时荧光定量 PCR检测 张丽珍,冯利利,蒙秋霞,等 (3941)……………
一个年龄序列巨桉人工林植物和土壤生物多样性 张丹桔,张摇 健,杨万勤,等 (3947)…………………………
不同饵料和饥饿对魁蚶幼虫生长和存活的影响 王庆志,张摇 明,付成东,等 (3963)……………………………
禽畜养殖粪便中多重抗生素抗性细菌研究 祁诗月,任四伟,李雪玲,等 (3970)…………………………………
链状亚历山大藻赤潮衰亡的生理调控 马金华,孟摇 希,张摇 淑,等 (3978)………………………………………
基于环境流体动力学模型的浅水草藻型湖泊水质数值模拟 李摇 兴,史洪森,张树礼,等 (3987)………………
种群、群落和生态系统
干旱半干旱地区围栏封育对甘草群落特征及其分布格局的影响 李学斌,陈摇 林,李国旗,等 (3995)…………
宁夏六盘山三种针叶林初级净生产力年际变化及其气象因子响应 王云霓,熊摇 伟,王彦辉,等 (4002)………
半干旱黄土区成熟柠条林地土壤水分利用及平衡特征 莫保儒,蔡国军,杨摇 磊,等 (4011)……………………
模拟酸沉降对鼎湖山季风常绿阔叶林地表径流水化学特征的影响 丘清燕,陈小梅,梁国华,等 (4021)………
基于改进 PSO的洞庭湖水源涵养林空间优化模型 李建军,张会儒,刘摇 帅,等 (4031)………………………
外来植物火炬树水浸液对土壤微生态系统的化感作用 侯玉平,柳摇 林,王摇 信,等 (4041)…………………
崇明东滩抛荒鱼塘的自然演替过程对水鸟群落的影响 杨晓婷,牛俊英,罗祖奎,等 (4050)……………………
三峡水库蓄水初期鱼体汞含量及其水生食物链累积特征 余摇 杨,王雨春,周怀东,等 (4059)…………………
元江鲤种群遗传多样性 岳兴建,邹远超,王永明,等 (4068)………………………………………………………
景观、区域和全球生态
中国西北干旱区气温时空变化特征 黄摇 蕊,徐利岗,刘俊民 (4078)……………………………………………
集水区尺度下东北东部森林土壤呼吸的模拟 郭丽娟,国庆喜 (4090)……………………………………………
增氮对青藏高原东缘高寒草甸土壤甲烷吸收的早期影响 张裴雷,方华军,程淑兰,等 (4101)…………………
基于生态系统服务的广西水生态足迹分析 张摇 义, 张合平 (4111)……………………………………………
深圳市景观生态安全格局源地综合识别 吴健生,张理卿,彭摇 建,等 (4125)……………………………………
庐山风景区碳源、碳汇的测度及均衡 周年兴,黄震方,梁艳艳 (4134)……………………………………………
气候变化对内蒙古中部草原优势牧草生长季的影响 李夏子,韩国栋,郭春燕 (4146)…………………………
民勤荒漠区典型草本植物马蔺的物候特征及其对气候变化的响应 韩福贵,徐先英,王理德,等 (4156)………
血水草生物量及碳贮量分布格局 田大伦,闫文德,梁小翠,等 (4165)……………………………………………
5 种温带森林生态系统细根的时间动态及其影响因子 李向飞,王传宽,全先奎 (4172)………………………
资源与产业生态
干旱胁迫下 AM真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响 李少朋,毕银丽,陈昢圳,等 (4181)…………………
城乡与社会生态
上海环城林带保健功能评价及其机制 张凯旋,张建华 (4189)……………………………………………………
研究简报
北京山区侧柏林林内降雨的时滞效应 史摇 宇,余新晓,张佳音 (4199)…………………………………………
采伐剩余物管理措施对二代杉木人工林土壤全碳、全氮含量的长期效应
胡振宏,何宗明,范少辉,等 (4205)
………………………………………
……………………………………………………………………………
期刊基本参数:CN 11鄄2031 / Q*1981*m*16*326*zh*P* ¥ 90郾 00*1510*35*
室室室室室室室室室室室室室室
2013鄄07
封面图说: 岳阳附近的水源涵养林及水系鸟瞰———水源涵养林对于调节径流,减缓水、旱灾害,合理开发利用水资源具有重要
的生态意义。 洞庭湖为我国第二大淡水湖,南纳湘、资、沅、澧四水,北由岳阳城陵矶注入长江,是长江上最重要的水
量调节湖泊。 因此,湖周的水源涵养林建设对于恢复洞庭湖调节长江中游地区洪水的功能,加强湖区生物多样性的
保护是最为重要的举措之一。 对现有防护林采取人为干扰的调控措施,改善林分空间结构,将有利于促进森林生态
系统的正向演替,为最大程度恢复洞庭湖水源林生态功能和健康经营提供重要支撑。
彩图及图说提供: 陈建伟教授摇 北京林业大学摇 E鄄mail: cites. chenjw@ 163. com
第 33 卷第 13 期
2013 年 7 月
生 态 学 报
ACTA ECOLOGICA SINICA
Vol. 33,No. 13
Jul. ,2013
http: / / www. ecologica. cn
基金项目:教育部博士点基金项目(20090023110009); “十二五冶科技支撑计划资助项目(2012BAC10B03)
收稿日期:2012鄄09鄄04; 摇 摇 修订日期:2013鄄03鄄21
*通讯作者 Corresponding author. E鄄mail: ylbi88@ 126. com
DOI: 10. 5846 / stxb201209041249
李少朋,毕银丽,陈昢圳,陈书琳,张延旭,孔维平,王瑾. 干旱胁迫下 AM 真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响. 生态学报,2013,33 (13):
4181鄄4188.
Li S P, Bi Y L, Chen P Z, Chen S L,Zhang Y X,Kong W P, Wang J. Effects of AMF on soil improvement and maize growth in mining area under drought
stress. Acta Ecologica Sinica,2013,33(13):4181鄄4188.
干旱胁迫下 AM真菌对矿区土壤改良与
玉米生长的影响
李少朋1,毕银丽1,*,陈昢圳2,陈书琳1,张延旭1,孔维平1,王摇 瑾1
(1. 中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院,北京摇 100083; 2.中国农业大学资源与环境学院,北京摇 100193)
摘要:以神东矿区塌陷区退化土壤为供试基质,以玉米为宿主植物,研究在干旱胁迫下,丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal
fungi)对玉米生长和养分吸收的影响,以及对矿区退化土壤的改良作用。 结果表明:干旱胁迫下,接种 AMF显著提高了玉米根
系侵染率和生物量,玉米叶片相对含水量和叶色值明显高于对照组;接种组玉米地上部分磷、氮、钙和根系部分磷、钾、钙含量显
著增加;接种 AMF后,玉米根际土壤总球囊霉素和易提取球囊霉素含量分别增加了 36. 2%和 33% ,且根际土壤中有机质含量
显著增加。 由此可见,接种 AMF促进了玉米对矿质养分的吸收,缓解了干旱造成的玉米生长的不利影响,提高了根际土壤中有
机质含量,对矿区退化土壤改良有重要意义。
关键词:丛枝菌根;干旱胁迫;煤矿区;玉米;球囊霉素
Effects of AMF on soil improvement and maize growth in mining area under
drought stress
LI Shaopeng1, BI Yinli1,*, CHEN Peizhen2, CHEN Shulin1,ZHANG Yanxu1,KONG Weiping1, WANG Jin1
1 College of Geoscience and Surveying Engineering, China University of Mining &Technology, Beijing 100083, China;
2 College of Resources and Environmental Sciences, China Agricultural University, Beijing 100193, China
Abstract: Shendong mining area is one of the largest coalfield and the most important coal production base in China. Water
is an important limiting factor of ecological and environmental protection in this area which belongs to the typical semi鄄arid,
semi鄄desert plateau continental climate. Underground mining is the main form of coal mining, which would inevitably lead
to ground subsidence. Surface moisture and nutrient loss form a large number of cracks were caused by the process. Water
shortage have become a serious problem in mining area. However water is necessary for biological survival. Lack of water
would hinder the growth of crop and exacerbate the agricultural drought. Arbuscular mycorrhizal fungi ( AMF) is a
ubiquitous symbiotic fungi. The symbionts body could be formed by AMF with more than 80% of terrestrial plant. It find
that using AMF could promote to absorb mineral nutrients and water by plant, enhance the stress resistance and disease
resistance of corn, improve the soil structure, increase the soil fertility, raise the survival rate of seedlings transplanting and
ameliorate the vegetation restoration of land reclamation in coal mining subsidence area. Under drought stress condition,
with maize and degraded soil as the host plant and matrix, effects of arbuscular mycorrhizal fungi(AMF)on the growth and
nutrient absorption of maize and the degraded soil in Shendong mine area were studied. The results showed that the
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treatment of inoculated AMF significantly increased the biomass and the root colonization rate of maize. Leaf relative water
content and leaf color readings significantly higher than the control. The content of P, N, and Ca in shoot and the content
of P, K, and Ca in root portion of maize of vaccinated treatments increased significantly. After inoculation with AMF,the
phosphorus nutrition for maize was particularly improved. The phosphorus content in aerial parts of corn of inoculation
treatments were on average of 0. 17g / kg higher than that of non inoculation treatments and in roots were on average of 0. 24
g / kg. Compared with the control, the content of total glomalin and easily extractable glomalin increased by 36. 2% and
33% respectively. The content of organic matter in rhizosphere soil also significantly increased. It indicated that the soil
inoculated AMF promoted the mineral nutrient absorption by maize and relieved the negative effect of drought on the growth
of maize and raised the content of organic matter in rhizosphere soil, which having important meaning on improvement
degraded soil in mining area. Using AMF reclamation is conducive to agricultural production and has important meaning for
environmental restoration and ecological restoration in Shendong coal mining subsidence area.
Key Words: arbuscular mycorrhizae;drought stress;coal mining area;maize;glomalin
中国是世界上最大的煤炭生产国和消费国,煤炭是中国最主要的能源,约占一次性能源消费量的
74% [1]。 神东矿区是中国目前已探明储量最大的煤田和最主要的煤炭生产基地之一,矿区属典型的半干旱、
半沙漠的高原大陆性气候,干旱少雨,水是神东矿区生态环境保护一个重要的限制性因子。 中国煤炭开采大
约 96%的为井工开采,4%的为露天开采。 神东矿区主要以井工开采为主,井工开采形成地下采空区,势必会
造成地面塌陷[2]。 地面塌陷过程中会产生大量裂缝,导致地表水分和养分流失严重[3]。 煤炭开采导致矿区
水资源流失日益严重,而水是生物体赖以生存的基础,水分的缺失阻碍作物的生长和发育,加剧了矿区农业干
旱。 研究表明[4],由于水分造成的作物减产超过其他因素导致产量损失的总和。 在我国西北地区水分供应
不足严重限制了该地区农业发展[5]。 因此,对于神东矿区农业生产来说,提高塌陷区农作物对水分的利用率
就变的至关重要。
丛枝菌根真菌(AMF)是一种普遍存在的内共生真菌,它能够与 80%以上的陆生植物形成共生体[6]。
AMF在植物群落结构、演替和稳定性方面具有重要的生态学意义[7鄄9]。 随着研究的不断深入,AMF 的作用越
来越广泛。 AMF 能促进退化土壤上植物的生长和改善土壤的质量[10];在营养缺乏条件下,AMF 能显著提高
宿主植物对矿质养分的吸收,尤其是磷元素[11鄄13],据报道,AMF 的根外菌丝可以向植株提供 70%的磷[14]和
30%的氮[15];在盐胁迫条件,AMF能缓解胁迫下植物对 P,Ca 和 K 的吸收,缓解盐害和高盐对植物根系的氧
化伤害,植入 AMF能显著提高植物的生物量和出芽率,在改善土壤质量方面也起到积极作用[16鄄18];除此之
外,丛枝菌根也能降低其它生物对宿主植物的伤害,提高植物的抗旱性和增加植物的生物量[19鄄20]。 干旱条件
下 AMF能够提高宿主的耐受性,有利于宿主植物对水分的吸收[21鄄22]。 其中,AMF 产生的土壤相关蛋白是土
壤的一个重要碳库,同时可以增强土壤团聚体的稳定性,改善土壤质量。
神东矿区位于毛乌素沙地边缘,矿区土壤主要以沙性土壤为主,土壤保水保肥能力差,水分的缺失是矿区
退化土壤改良的瓶颈所在,政策上缺乏引导以及经济等因素,目前对矿区退化土壤改良研究较少。 本实验室
利用 AMF在煤矿塌陷区土地复垦发现,AMF能够促进植物吸收矿质养分和水分,提高作物抗逆性和抗病性,
改良土壤结构,增强土壤肥力,提高苗木移栽成活率,促进植被恢复[3,23鄄24]。 本研究在结合前人研究的基础
上,以西北地区常见农作物玉米为宿主,以矿区退化土壤为基质,模拟神东地区干旱特点,研究 AMF在干旱胁
迫下对玉米养分的调节,同时研究 AMF对矿区退化土壤的改良效果,为 AMF 应用于干旱状态下西部矿区农
业生产提供一定的理论基础,也为 AMF菌剂的推广奠定技术基础。
1摇 材料和方法
1. 1摇 试验材料
供试土壤于 2011 年 4 月采自陕西省神木县李家畔镇活鸡兔矿塌陷区,为沙质退化矿区土,风干,过 1 mm
2814 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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筛。 供试土壤基本性状为 pH值 7. 48;电导率 35. 4 滋s / cm,最大持水量为 22. 86% ;有机质 6. 07 g / kg;总氮为
0. 34 g / kg;全磷 0. 41 g / kg;有效磷为 7. 2 mg / kg;速效钾 50 mg / kg;将供试的土壤在高温灭菌锅里灭菌 1 h,晾
干待用。 供试玉米种子由中国农业科学院种子公司提供,玉米品种为农大 CFO24。 供试菌种为北京市农林科
学院植物营养与资源研究所微生物室提供经本实验室增殖培养的内生菌 Glomus mosseae(简称 G. m)。
1. 2摇 试验方法
试验于 2011 年 8 月在中国矿业大学(北京)温室内进行,试验分别设干旱加丛枝菌根组(+M)、干旱不加
丛枝菌根组(-M)、正常供水组(NI)和正常供水加菌组(NI+M),接种量按每 1kg 灭菌后的风干矿区退化沙土
加 40g的菌剂充分混合。 栽种玉米的塑料盆规格为:11cm(高) 伊13cm(盆口直径) 伊9cm(盆底直径),每盆加
矿区土量为 1400g,种植玉米前向矿区退化土壤加入 NH4NO3,KH2PO4,K2SO4 配置营养液作为底肥,使供试
土壤中 N、P、K含量分别为 100 mg / kg,10 mg / kg,150 mg / kg,每个处理 3 个重复,浇水达到最大饱和持水量,
水分平衡 1 d后,播种。 将玉米种子用 10%H2O2 溶液浸泡 10min做表面消毒,在用去离子水清洗 10 次,每个
小盆播种玉米 5 棵,玉米出苗 4d后间苗,每盆保持 2 株,模拟矿区干旱胁迫,浇水量为土壤最大持水量的(55依
5)% (中度干旱)。 利用称重法控制浇水量,使每盆土壤的含水量维持在中度干旱水平,正常供水组每盆土壤
含水量维持在最大持水量水平。
1. 3摇 测定项目和方法
1. 3. 1摇 玉米生长指标测定
苗期玉米生长到 45d后,分别收割玉米地上和地下部分,用自来水清洗根系附着的泥土,同时将植物地上
部分和根系分开,在 100益烘箱内杀青 30min,然后放到 70益烘箱内直至烘干。 分别称量每株玉米的地上部分
和根系的干质量。
1. 3. 2摇 叶片相对含水量测定
植物叶片相对含水量 RWC = (Wf - Wd) / (Wt - Wd) 伊 100
式中,Wf 为叶片鲜重,Wd 为叶片干重,Wt 为叶片被水充分饱和后的重量。
1. 3. 3摇 侵染率、菌丝密度和根际土有机质测定方法
玉米收获时,拣出较细的玉米根系,用水清洗干净,剪成 1 cm长根段,混匀后取鲜根测定菌根侵染率[25]。
菌丝密度采用网格交叉法测定[26]。 土壤有机质含量的测定采用重铬酸钾外加热法(K2Cr2O7 鄄H2SO4 法)。
1. 3. 4摇 球囊霉素提取和测定方法
球囊霉素是由丛枝菌根真菌分泌的一种含金属离子的糖蛋白,因被非专一性提取而称为球囊霉素相关土
壤蛋白(glomalin鄄related soil protein,GRSP),通常定义为 Bradford鄄反映土壤蛋白,由土壤样中提取出来,分为
易提取球囊霉素(easily extractable glomalin,EEG)和总球囊霉素( total glomalin,TG),按照 Wright 及 Janos 的
方法稍加修改[27鄄28]。
(1)球囊霉素相关土壤蛋白的提取
易提取球囊霉素相关土壤蛋白的提取方法为:分别称取土样 1. 00g 于带刻度离心管中,对应加入 8mL 柠
檬酸钠浸提剂(20mmol / L、pH 7. 0),加盖,摇匀,在 103kPa、121益下提取 30min,10000伊g 下离心 6min,收集上
清液,每个处理重复 4 次。 总球囊霉素相关土壤蛋白的提取:分别秤取土样 1. 00g 于带刻度离心管中,对应加
入 8mL 柠檬酸钠浸提剂(50mmol / L、pH 8. 0),加盖,摇匀,在 103kPa、121益下提取 60min,再重复提取 5 次,
每次重复提取时,保证提取液体积固定且摇匀土样,使土样与浸提剂充分接触;每提取一次之后迅速在 10000
伊g下离心 6min,将上浮物从土壤中分离出去,收集上清液,每个处理重复 4 次。 上清液储藏在 4益下直至第
2 天分析。
(2)球囊霉素相关蛋白的测定
分别吸取 0. 5mL的上清液,加入 5mL 考马斯亮蓝 G鄄 250 染色剂(使用之前过滤),加盖,颠倒,显色
10min,于 595nm波长下比色。 用牛血清白蛋白(BSA)作标准液,考马斯亮蓝法显色,绘制标准曲线,以 1. 00g
3814摇 13 期 摇 摇 摇 李少朋摇 等:干旱胁迫下 AM真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响 摇
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土壤中蛋白质的微克数表示球囊霉素相关土壤蛋白的含量。
1. 3. 5摇 玉米 TN、TP、K和 Ca的测定
玉米叶片和根系中全氮和全磷含量的测定参考鲍士旦[29]的方法。 植物矿质元素离子含量测定,将植物
的地上部分和根部的分开,将烘干样品烘干粉碎后,精确称量 0. 5000g,用 HNO3 消煮,定容于 50ml,用 ICP鄄
AES(inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy,电子感耦合等离子体发射光谱仪)测定 K+、Ca2+
含量。
1. 4摇 数据分析
本研究采用 SAS统计软件对试验数据进行分析,显著水平设置为 5% 。
2摇 结果与讨论
2. 1摇 接种菌根对玉米幼苗生长和根系侵染率的影响
干旱胁迫下,丛枝菌根对玉米干重、根系侵染率和叶片相对含水率都有一定程度的影响 (表 1),统计分
析发现,正常供水条件下,苗期玉米的地上干重和总干重要明显高于不接菌的玉米,且两者的差异性达到显著
水平。 干旱条件下,菌根对玉米生长促进明显,这可能是菌丝增加了玉米根系与土壤的接触面积,促进了根系
对水分和养分的吸收;接种菌根可显著提高玉米组织的相对含水量,平均每株要比对照组高出 14. 25% ,在组
织相对含水量上接菌和不接菌之间表现出明显的差异。 同时,接种菌根可显著提高玉米叶片的叶色值
(SPAD)且两者之间的差异性达到显著水平。 与干旱胁迫组相比,正常供水条件下的玉米生长表现出明显的
优势,且差异系显著。 正常供水状况下,加菌和不加菌组的玉米在叶片相对含水量和 SPAD值差异性不显著,
但明显要好于干旱胁迫组。 综上所述,在外界胁迫条件下,菌根的作用效率为最大,接种丛枝菌根可缓解干旱
缺水对苗期玉米生长的影响,有利于玉米生长。
研究发现,干旱胁迫下,丛枝菌根真菌对玉米根系的侵染率可达到 75. 56% ,接种菌根强化了菌根对玉米
根系的感染能力,形成互惠互利的共生体。 接种菌根菌后玉米根系较高的侵染率也说明本试验所选用的菌根
菌剂与玉米之间的选择适应性较好,能够很好地发挥共生体的优势作用。 菌丝密度反映了菌根在促进植物生
长、营养吸收和抗逆性等方面的能力大小。 干旱胁迫下,接种菌根组菌丝密度可达到 4. 05 m / g,表明接种菌
根真菌显著地提高植株根外菌丝密度,扩大了根系生存空间和作用范围,更有利于生态的恢复和营养的吸收。
在正常供水的条件下,玉米的根系侵染率和菌丝密度仅为 33. 33%和 2. 36 m / g,明显低于干旱胁迫接菌组。
由此可见,干旱胁迫条件下,丛枝菌根真菌更加速对宿主植物玉米侵染,两者更容易形成互惠共生关系。
表 1摇 丛枝菌根真菌对玉米干重、根系侵染率和叶片相对含水率的影响
Table 1摇 Effect of AMF on dry weight、infection rate and RWC of Maize
处理
Treatment
地上干重 / ( g /株)
Dry weight
of shoot
根系干重(g /株)
Dry weight
of root
总干重 / ( g /株)
Dry weight
根系侵染率 / %
Infection rate
菌丝密度 / (m / g)
Hyphal density
叶片相对
含水率 / %
RWC
叶色值
SPAD
-M 0. 65b 0. 38c 1. 03c 0 0 71. 95c 31. 97c
+M 1. 59a 0. 53c 2. 12b 75. 6a 4. 05a 86. 20b 36. 84b
NI 1. 44a 0. 97b 2. 41b 0 0 95. 8a 43. 3a
NI+M 1. 55a 1. 25a 4. 81a 33. 33b 2. 36b 96. 34a 41. 72a
摇 摇 表中数值为 3 个重复的平均值,其后的不同字母代表 5%水平上的差异显著性; -M为干旱胁迫不施加丛枝菌根处理,+M为干旱胁迫并施
加丛枝菌根处理,NI为正常供水不施加丛枝菌根处理,NI+M为正常供水并施加丛枝菌根处理; SPAD:soil and plant analyzer development
2. 2摇 接种 AMF对矿区退化土壤中球囊霉素和有机质影响
球囊霉素(glomalin)是丛枝菌根真菌产生的一种含有金属离子的专性糖蛋白,难溶于水,难于分解,自然
状态下极为稳定[30鄄31],近期被更名为球囊霉素相关土壤蛋白。 它产生于 AMF定居在宿主植物根内的根内菌
丝和伸展在根际土壤中的根外菌丝表面,而且在土壤生态系统中含量不低,因此,它赋予了 AMF 新的生态学
功能。 本研究发现,接种 AMF组玉米根际土壤中总球囊霉素含量增加率可达 36. 2% ,两者的差异性达到显
4814 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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著水平。 干旱条件下,接种菌根同时可以提高根际的土壤的易提取球囊霉素的含量,如图 1 所示,接种组易提
取球囊霉素增加了 33% 。 在总球囊霉素和易提取球囊霉素含量上,-M 组与 CK 相比两者无明显的差异,这
说明了球囊霉素相关蛋白是丛枝菌根真菌特有产物。 +M和 NI+M组在总球囊霉素和易提取球囊霉素含量上
差异性不显著,但和其它处理相比,总球囊霉素含量达到显著性水平。 +M 组在易提取球囊霉素含量最高,和
其它处理相比表现出明显的差异性。
目前认为球囊霉素的主要作用是增加土壤有机碳库和改善土壤团聚体[31鄄32]。 球囊霉素是土壤有机质的
主要组成部分,是土壤有机碳、氮的一个重要来源[33],据估计丛枝菌根真菌对土壤生态系统有机碳的贡献为
54—900 kg / hm2[34]。 本研究发现(图 1),干旱胁迫下,加丛枝菌根组的有机质含量可达 7. 73g / kg, 比未灭菌
矿区退化土壤(CK)有机质含量高出 1. 65 g / kg。 由图 1 可见,无论干旱胁迫处理,还是正常供水,接入丛枝菌
根真菌都可以提高根际土壤的有机质含量,干旱胁迫加菌组和正常供水加菌组两者无明显差异,但与其它处
理相比,表现出明显的差异性。 由此可见,接种丛枝菌根有利提高土壤的有机质含量,这可能得益于丛枝菌根
真菌提高了退化土壤球囊霉素含量。 因此,接种菌根对矿区退化土壤的改良意义显著,这也 Rillig MC 和
Miller RM的研究结果一致[22,30]。
摇 图 1摇 接种丛枝菌根对玉米根际球囊霉素相关蛋白和根际有机质
的影响
Fig. 1摇 Effect of AMF on glomalin and organic matter content in
rhizosphere of Maize
神东矿区塌陷区的土壤为沙质土为主,土壤的养分
含量较低,煤炭开采对其质地和理化性质破坏较大。 菌
根技术在改善土壤质量方面起到积极作用,菌根共生体
中根外菌丝提供植物生长所需要的养分和水分,植物则
提供真菌生长代谢所需要的碳水化合物。 本研究也验
证了干旱条件下接种丛枝菌根能显著提高玉米根际球
囊霉素和有机质的含量,而球囊霉素可以极大地提高、
改善土壤颗粒的稳定性[30鄄31]。 目前研究也证实了土壤
中球囊霉素量与土壤凝结稳定性和土壤涵水性呈正相
关,接种菌根有利于土壤水分的保持,有利于缓解干旱
对作物生长的影响[35],这与本研究结果一致;同时球囊
霉素是 AMF对其宿主植物生长环境的调整和适应,是微生物活动的一种积极应答机制[36]。 Miller 等[37]还发
现粘着球囊霉素的 AMF根外菌丝可以在土壤水气界面很好生存,这些菌丝在干湿循环过程中可减少土壤大
聚合体遭到的破坏,从而提高土壤结构的稳定性和抗侵蚀能力,改良土壤性能。 神东矿区属于井工开采,煤炭
开采对土壤理化性状破坏严重,而通过菌根来缓解外力对矿区土壤的破坏,恢复土壤的环境质量就变的尤为
重要。 因此,将菌根应用矿区塌陷区土壤改善和生态环境治理方面有显著性意义。
2. 3摇 接种 AMF对玉米幼苗养分调节
干旱胁迫下,接种丛枝菌根真菌对玉米体氮和磷营养具有改善作用(图 2,图 3)。 其中对苗期玉米磷营
养改善作用尤为明显,无论玉米地上部分还是根系部分,接菌组和不接菌组的玉米植株在磷含量上表现出明
显的差异性。 干旱胁迫下,加菌组玉米的地上部分和根系部分的 TN 含量都要高于对照组,但两组的差异性
不显著。 结果表明,接种丛枝菌根能显著提高了玉米对 P 的吸收,这与其他研究结果一致[11,13]。 在贫瘠土壤
上,侵染在玉米根系上丛枝菌根菌丝增加了根系与土壤的接触面积,从而促进了根系对土壤中 P 的吸收。
钾是农作物必需的大量营养元素之一,需要量仅次于氮。 逆境条件下不利于植物体对钾元素的吸收,因
此,必须通过一定的手段来提高作物对钾的吸收。 研究发现,干旱胁迫下,接种 AMF 显著提高了玉米根部的
钾元素含量,且两者的差异性达到显著性水平(图 4);同时加菌组玉米地上部分的含钾量要高于对照组,但两
者的差异性不显著。 结果表明加菌可以提高玉米对钾的吸收,这可能是丛枝菌根的菌丝可以伸展到钾亏缺区
以外,有效地吸收根系不能吸收的钾。 在不接种菌根真菌的处理中,钾在土壤中的亏缺区约为 5mm;但在接
种菌根真菌的处理中,钾亏缺区一直延伸到 50mm,这种现象与菌丝对土壤钾的直接吸收和向植物根系运输
5814摇 13 期 摇 摇 摇 李少朋摇 等:干旱胁迫下 AM真菌对矿区土壤改良与玉米生长的影响 摇
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有关[38]。
钙在植物生长和发育中起到至关重要的作用,钙是细胞膜上最重要的物质之一,也是植物收到外界环境
胁迫和激素调节的重要信号分子[39]。 逆境条件下,钙元素参与启动各种生理生化适应机制[40]。 本研究发现
(图 5),加菌组玉米的地上部钙含量要比对照组高出 22. 2% ;在钙含量上,玉米根系要表现出相同的规律,加
菌组要比对照组高出 16. 8% 。 由此可见,干旱胁迫条件下,丛植菌根有利于提高玉米对矿质土壤中钙的
吸收。
图 2摇 丛枝菌根真菌对玉米 TP含量的影响
Fig. 2摇 Effect of AMF on TP content of Maize
图 3摇 丛枝菌根真菌对玉米 TN含量的影响
Fig. 3摇 Effect of AMF on TN content of Maize
图 4摇 丛枝菌根真菌对玉米 K含量的影响
Fig. 4摇 Effect of AMF on K content of Maize
图 5摇 丛枝菌根真菌对玉米 Ca含量的影响
Fig. 5摇 Effect of AMF on Ca content of Maize
研究发现,干旱胁迫下,玉米植株在氮、磷、钾和钙的含量上都要低于正常供水组和正常供水接菌组,+M
组明显好于-M组。 由此可见,水分是矿区玉米生长的关键因子,接种丛枝菌根可缓解干旱胁迫对玉米的影
响,有利于玉米对养分的吸收。 因此,对于地处干旱和半干旱的神东矿区,通过接种丛枝菌根真菌,可以缓解
干旱对地表植被的影响,同时有利于提高植物对采煤塌陷区退化土壤上养分的吸收。
3摇 结论
(1)干旱条件下,接种 AMF对苗期玉米生长有明显促进作用,接种 AMF可显著提高玉米叶片相对含水量
和 SPAD值。 同时接种菌根可显著提高根系侵染率和土壤菌丝密度。
(2)接种 AMF提高了根际土壤球囊霉素和有机质含量。 接种菌根后,玉米根际土壤总球囊霉素和易提
取球囊霉素含量分别增加了 36. 2%和 33% 。 接种菌根组土壤有机质有显著的增加,菌根在提高矿区塌陷区
退化土壤肥力上将起到积极作用。
(3)接种 AMF对苗期玉米磷营养改善作用尤为明显,接种 AMF组的玉米地上部分磷含量要比不接菌组
平均高出 0. 17g / kg,而根系部分的磷含量要不接菌组高出 0. 24 g / kg。 接种 AMF显著提高了玉米对 K 和 Ca
的吸收。
(4)接种 AMF可显著提高玉米养分的吸收和促进玉米生长。 干旱胁迫条件下,丛枝菌根真菌更易和宿
主植物形成互利共生关系。 在神东采煤塌陷区,利用 AMF复垦有利于矿区农业生产,对矿区环境修复和生态
6814 摇 生摇 态摇 学摇 报摇 摇 摇 33 卷摇
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恢复具有重要意义。
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ACTA ECOLOGICA SINICA Vol. 33,No. 13 Jul. ,2013(Semimonthly)
CONTENTS
Frontiers and Comprehensive Review
A review of ecological effects of remnant trees in degraded forest ecosystems after severe disturbances
MIAO Ning,LIU Shirong, SHI Zuomin,et al (3889)
………………………………
………………………………………………………………………………
Mechanism and application of bioremediation to heavy metal polluted soil using arbuscular mycorrhizal fungi
LUO Qiaoyu, WANG Xiaojuan, LIN Shuangshuang, et al (3898)
…………………………
…………………………………………………………………
Autecology & Fundamentals
Changes of allometric relationships among leaf traits in different ontogenetic stages of Acer mono from different types of
forests in Donglingshan of Beijing YAO Jing, LI Ying,WEI Liping,et al (3907)…………………………………………………
The combined effects of increasing CO2 concentrations and different temperatures on the growth and chlorophyll fluorescence in
Porphyra haitanensis (Bangiales, Rhodophyta) LIU Lu, DING Liuli, CHEN Weizhou, et al (3916)……………………………
Research on biomass expansion factor of chinese fir forest in Zhejiang Province based on LULUCF greenhouse gas Inventory
ZHU Tangjun,SHEN Chuchu,JI Biyong,et al (3925)
………
………………………………………………………………………………
Influence of soil gradual drought stress on Acorus calamus growth and photosynthetic fluorescence characteristics
WANG Wenlin, WAN Yinjing, LIU Bo, et al (3933)
……………………
………………………………………………………………………………
Isolation,identification,real鄄time PCR investigation of an endophytic phosphate鄄solubilizing bacteria from Caragana korshinskii
Kom. roots ZHANG Lizhen, FENG Lili,MENG Qiuxia,et al (3941)……………………………………………………………
Plant忆s and soil organism忆s diversity across a range of Eucalyptus grandis plantation ages
ZHANG Danju, ZHANG Jian, YANG Wanqin, et al (3947)
……………………………………………
………………………………………………………………………
Effects of diet and starvation on growth and survival of Scapharca broughtonii larvae
WANG Qingzhi, ZHANG Ming, FU Chengdong, et al (3963)
…………………………………………………
……………………………………………………………………
Multidrug鄄resistant bacteria in livestock feces QI Shiyue, REN Siwei, LI Xueling, et al (3970)………………………………………
Physiological regulation related to the decline of Alexandrium catenella MA Jinhua, MENG Xi, ZHANG Shu, et al (3978)…………
Numerical simulation of water quality based on environmental fluid dynamics code for grass鄄algae lake in Inner Mongolia
LI Xing, SHI Hongsen,ZHANG Shuli,et al (3987)
……………
…………………………………………………………………………………
Population, Community and Ecosystem
Influence of enclosure on Glyeyrrhiza uralensis community and distribution pattern in arid and semi鄄arid areas
LI Xuebin, CHEN Lin, LI Guoqi, et al (3995)
………………………
……………………………………………………………………………………
The interannual variation of net primary productivity of three coniferous forests in Liupan Mountains of Ningxia and its responses
to climatic factors WANG Yunni, XIONG Wei, WANG Yanhui, et al (4002)……………………………………………………
Soil water use and balance characteristics in mature forest land profile of Caragana korshinskii in Semiarid Loess Area
MO Baoru, CAI Guojun, YANG Lei,LU Juan,et al (4011)
………………
………………………………………………………………………
Effect of simulated acid deposition on chemistry of surface runoff in monsoon evergreen broad鄄leaved forest in Dinghushan
QIU Qingyan, CHEN Xiaomei,LIANG Guohua,et al (4021)
…………
………………………………………………………………………
A space optimization model of water resource conservation forest in Dongting Lake based on improved PSO
LI Jianjun, ZHANG Huiru, LIU Shuai, et al (4031)
…………………………
………………………………………………………………………………
Allelopathic effects of aqueous extract of exotic plant Rhus typhina L. on soil micro鄄ecosystem
HOU Yuping, LIU Lin, WANG Xin, et al (4041)
………………………………………
…………………………………………………………………………………
The impact of natural succession process on waterbird community in a abandoned fishpond at Chongming Dongtan, China
YANG Xiaoting, NIU Junying, LUO Zukui, et al (4050)
…………
…………………………………………………………………………
Mercury contents in fish and its biomagnification in the food web in Three Gorges Reservoir after 175m impoundment
YU Yang, WANG Yuchun, ZHOU Huaidong, et al (4059)
………………
………………………………………………………………………
Microsatellite analysis on genetic diversity of common carp,Cyprinus carpio,populations in Yuan River
YUE Xingjian, ZOU Yuanchao, WANG Yongming, et al (4068)
………………………………
…………………………………………………………………
Landscape, Regional and Global Ecology
Research on spatio鄄temporal change of temperature in the Northwest Arid Area HUANG Rui,XU Ligang,LIU Junmin (4078)………
Simulation of soil respiration in forests at the catchment scale in the eastern part of northeast China
GUO Lijuan, GUO Qingxi (4090)
…………………………………
……………………………………………………………………………………………………
The early effects of nitrogen addition on CH4 uptake in an alpine meadow soil on the Eastern Qinghai鄄Tibetan Plateau
ZHANG Peilei, FANG Huajun, CHENG Shulan, et al (4101)
………………
……………………………………………………………………
Analysis of water ecological footprint in guangxi based on ecosystem services ZHANG Yi, ZHANG Heping (4111)…………………
The integrated recognition of the source area of the urban ecological security pattern in Shenzhen
WU Jiansheng,ZHANG Liqing,PENG Jianet al (4125)
……………………………………
……………………………………………………………………………
Carbon sources and storage sinks in scenic tourist areas: a Mount Lushan case study
ZHOU Nianxing, HUANG Zhenfang, LIANG Yanyan (4134)
…………………………………………………
………………………………………………………………………
Impacts of climate change on dominant pasture growing season in Central Inner Mongolia
LI Xiazi,HAN Guodong,GUO Chunyan (4146)
……………………………………………
……………………………………………………………………………………
Phenological Characteristics of Typical Herbaceous Plants(Lris lacteal) and Its Response to Climate Change in Minqin Desert
HAN Fugui,XU Xianying,WANG Lide,et al (4156)
………
………………………………………………………………………………
Biomass and distribution pattern of carbon storage in Eomecon chionantha Hance
TIAN Dalun,YAN Wende,LIANG Xiaocui, et al (4165)
………………………………………………………
……………………………………………………………………………
Temporal dynamics and influencing factors of fine roots in five Chinese temperate forest ecosystems
LI Xiangfei, WANG Chuankuan, QUAN Xiankui (4172)
…………………………………
…………………………………………………………………………
Resource and Industrial Ecology
Effects of AMF on soil improvement and maize growth in mining area under drought stress
LI Shaopeng, BI Yinli, CHEN Peizhen, et al (4181)
……………………………………………
………………………………………………………………………………
Urban, Rural and Social Ecology
Health function evaluation and exploring its mechanisms in the Shanghai Green Belt, China
ZHANG Kaixuan, ZHANG Jianhua (4189)
…………………………………………
…………………………………………………………………………………………
Research Notes
Time lag effects of rainfall inside a Platycladus Orientalis plantation forest in the Beijing Mountain Area, China
SHI Yu,YU Xinxiao,ZHANG Jiayin (4199)
……………………
…………………………………………………………………………………………
Long鄄term effects of harvest residue management on soil total carbon and nitrogen concentrations of a replanted Chinese fir
plantation HU Zhenhong, HE Zongming, FAN Shaohui, et al (4205)……………………………………………………………
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第 33 卷摇 第 13 期摇 (2013 年 7 月)
ACTA ECOLOGICA SINICA

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