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Ecological research on arbuscular mycorrhizal fungi from the rhizosphere of Caragana korshinskii in the Loess Plateau

黄土高原柠条锦鸡儿根际AM真菌生态学研究



全 文 :    倡 国家自然科学基金 (40471637)和教育部留学回国人员科研启动基金项目 (141101)资助
收稿日期 :2005唱05唱06   改回日期 :2005唱07唱21
黄土高原柠条锦鸡儿根际 AM 真菌生态学研究 倡
贺学礼1  赵丽莉1  杨宏宇2
(1畅 河北大学生命科学学院   保定   071002 ;2畅 西北农林科技大学生命科学学院   杨陵   712100)
摘  要   对陕西省延安 、绥德 、横山和榆林 4 个自然生境下柠条根际 AM真菌空间分布和土壤成分进行测定分析 。
结果表明 ,AM 真菌泡囊定殖率及孢子密度与样地生态条件密切相关 ,泡囊定殖率和孢子密度在绥德最高 ,丛枝定
殖率在榆林最高 。 采样深度对孢子密度有显著影响 ,最大孢子密度发生在 10 ~ 20cm 土层 ,而 AM 真菌定殖率在
0 ~ 10cm 或 20 ~ 30cm 土层有最大值 。 孢子密度与泡囊定殖率呈正相关 ,与丛枝定殖率呈负相关 。 孢子密度与土
壤有机质 、速效磷 、速效钾和 Cl- 含量呈负相关 ,泡囊定殖率与土壤 pH 呈正相关 ,而与土壤湿度 、速效钾和 Cl- 含量
呈负相关 。 土样中 AM 真菌多为球囊霉属 ( Glomus)种类 ,也有少数无梗囊霉属 ( Acaulospora)和巨孢囊霉属
( Scutellospora)种类 。 建议孢子密度和泡囊定殖率可作为检测土壤环境状况的指标 。
关键词   柠条锦鸡儿   AM 真菌   生态学   黄土高原
Ecological research on arbuscular mycorrhizal fungi from the rhizosphere of Caragana korshinskii in the Loess
Plateau畅HE Xue唱Li1 ,ZHAO Li唱Li1 , YANG Hong唱Yu2 (1畅College of Life Science ,Hebei U niversity ,Baoding 071002 ,
China ;2畅College of Life Science ,Nor thwest A & F University , Yangling 712100 ,China) ,CJEA ,2007 ,15(2) :81 ~ 84
Abstract   Spatial distributions of arbuscular m ycorrhizal fungi in the rhizosphere of Caragana korshinskii and its relativity
to soil factors were investigated in four natural environments of Yan摧an ,Suide ,Hengshan and Yulin in Shaanxi
Province畅The results show that sampling sites have significan t effects on the percen tages of colonization of vesicle and ar唱
buscule and the spore density of AM fungi畅The highest value of vesicular colonization and spore density are in Suide ,and
the highest arbuscular colonization is in Yulin畅Sampling depth of soil significan tly affects the spore density in four sites ,the
highest spore density appears in 10 ~ 20cm soil layer ;the highest percen tage of colonization of AM fungi occurs at 0 ~
10cm or 20 ~ 30cm soil layer畅Spore densit y is positively correlated with vesicular colonization and negatively correlated
with arbuscular colonization畅Spore density is also negatively correlated with the contents of soil organic matter ,soil avail唱
able P ,soil available K and soil Cl - 畅Vesicular colonization has a positive correlation to soil pH and a negative correlation to
the conten ts of soil moisture ,soil available K and soil Cl - 畅Most of AM fungi in the samples belong to Glomus ,but a few
of species belong to Acaulospora and Scutellospora畅The results suggest that the spore density and the extent of vesicular
colonization are useful indicators for evaluating the changes of soil environmental ecosystems畅
Key words   Caragana korshinskii ,AM fungi ,Ecology ,Loess Plateau
(Received May 6 ,2005 ;revised July 21 ,2005)
研究证明 ,AM 真菌能提高植物对贫瘠 、盐碱和污染物的耐受性 ,有利于水土流失地区的植被恢复和加
速外来物种的定殖 ,特别是 AM 真菌在植物根际形成的庞大菌丝网络系统 ,可提高土壤团聚体的稳定性 ,并
能固定沙丘和改善土壤理化性状 ,在生态系统的保护 、恢复和重建中发挥重要作用[1] 。 柠条锦鸡儿( Cara唱
gana korsh inskii)属豆科锦鸡儿属( Caragana Fabr畅)植物 ,是黄土高原主要旱生落叶灌木 ,其根系发达 ,适应
性广且抗逆性强 ,是营造水土保持林 、防风固沙林 、薪炭林和饲料林的优良树种之一 ,在西部地区植被建立
和生态恢复方面发挥着重要作用 。 本研究选取黄土高原 4 个不同样地 ,分析了柠条根际 AM 真菌空间异质
性及与土壤因子的相关性 ,为黄土高原地区土壤改良 、水土保持及生态环境建设提供依据 。
1   研究区域概况与研究方法
陕西省北部为典型黄土高原区 ,地势西北高 、东南低 。 所选 4 样地自南向北分别为延安安塞高桥 、绥德
四十里铺 、横山横山镇和榆林青云乡 ,野生植被依次呈递减趋势 。 4 样地大小均为 30m × 30m ,柠条约占样
第 15卷第 2 期 中 国 生 态 农 业 学 报 Vol畅15   No畅2
2 0 0 7 年 3 月 Chinese Journal of Eco唱Agriculture March ,  2007
地全部植物的 40 % 。 其中安塞为黄绵土(N36°88′) ,年均降水量 500mm ;绥德为黄绵土(N37°97′) ,年均降水
量 486mm ;横山为绵沙土(N37°97′) ,年均降水量 397mm ;榆林为风沙土(N38°30′) ,年均降水量 414mm 。
2003 年 8 月在各样地随机选取株高约 1畅5m 的柠条 ,距植株 0 ~ 30cm 处挖土壤剖面 ,按 0 ~ 10cm 、10 ~
20cm 、20 ~ 30cm 、30 ~ 40cm 和 40 ~ 50cm 共 5 个土层分别采集柠条根际土壤样品约 1kg ,编号装入塑料袋密
封 ,每土样重复 4 次 。 土样在实验室过 2mm筛后用于土壤理化性质和真菌孢子密度测定 ,收集的根样用于
菌根形态学观察和定殖率测定 。 其中土壤湿度用烘干法测定 ,土壤有机质用重铬酸钾氧化法测定 ,土壤 pH
用电位法测定 ,土壤速效氮用碱解扩散法测定 ,土壤速效磷用碳酸氢钠唱钼锑抗比色法测定 ,土壤速效钾用硝
酸钠浸提唱四苯硼钠比浊法测定 ,土壤 Cl - 含量用硝酸银滴定法测定[2] 。 AM 真菌定殖率按 Phillips 等方法
测定[4] 。 从每份土样中称取 25g 风干土壤 ,用湿筛倾析唱蔗糖离心法分离 AM 真菌孢子[5] ,在体视显微镜下
记录孢子数量 ,将每克风干土中的含孢量计为孢子密度 。 试验数据用 SAS6畅10 软件进行分析 。
2   结果与分析
2畅1   土壤因子的空间分布
土壤各因子有明显的空间变化规律 。 土壤 pH 在榆林最大 ,为 7畅7 ,显著高于延安和横山 。 延安和绥德
土壤 pH 随土层深度增加而增加 ,在横山则上下波动 ,但土层之间无显著差异 。 榆林土壤 pH 在 40 ~ 50cm
土层最大 ,20 ~ 50cm 土层显著高于 0 ~ 10cm 土层 。 土壤有机质含量在延安最大为 13畅0g/ kg ,其余依次为榆
林 、绥德 、横山 ,它们之间差异均达显著水平 。 榆林土壤有机质含量随土层深度增加先降后升 ,其他样地则
呈下降趋势 ,最大值均出现在 0 ~ 10cm 土层 ;在延安 、绥德和横山 ,0 ~ 10cm 土层土壤有机质含量显著高于
10 ~ 50cm 土层 ;榆林 0 ~ 10cm和 30 ~ 50cm 土层土壤有机质含量显著高于 10 ~ 20cm 土层 。 土壤湿度和速
      表 1   4 样地不同土层柠条根际 AM真菌和土壤因子的空间分布 倡
Tab畅1   Dist ribu tions of arbuscular mycorrhizal fungi f rom the rhizosphere of Caragana
korshinskii and soil factors in differen t soil layers of four sites
样 地
Sit es
土层/ cm
Soil
lay ers
泡囊 / %
Vesicule
丛枝 / %
Arbuscule
菌丝 / %
Hypha
总定殖
率/ %
T otal
孢子密
度 /μg·g - 1土
Spore
densit y
pH 湿度 / %
Soil
mo isture
有   机
质/ g·kg - 1
Organic
mat te r
速   效
氮/μg·g - 1
Available
N
速   效
磷/μg·g - 1
Available
P
速   效
钾/μg·g - 1
Available
K
Cl - /
g·kg - 1
延安 0 ~ 10 40畅0a 21畅3a 65畅3a 78畅0a 1畅35b 7畅4a 18畅4a 19畅0a 13畅7a 8畅9a 79畅6a 12畅0a
10 ~ 20 37畅3ab 17畅3ab 66畅0a 74畅0a 1畅51a 7畅5a 16畅7a 15畅0b 12畅9a 1畅8b 30畅3b 10畅0a
20 ~ 30 28畅0abc 10畅0bc 64畅7a 69畅3ab 1畅28bc 7畅5a 15畅6a 12畅0bc 10畅5ab 1畅8b 17畅0b 8畅0b
30 ~ 40 26畅7bc 11畅3bc 62畅7a 66畅7ab 1畅20c 7畅5a 13畅7a 10畅0c 8畅9b 1畅7b 20畅2b 8畅0b
40 ~ 50 22畅0c 7畅3c 55畅3a 61畅3b 1畅04d 7畅5a 13畅7a 8畅0c 9畅5b 1畅5b 30畅2b 7畅0b
绥德 0 ~ 10 55畅3a 18畅7a 72畅0ab 78畅0ab 1畅68ab 7畅6a 12畅4a 11畅0a 5畅6b 0畅7a 17畅9a 6畅0a
10 ~ 20 53畅3a 12畅0a 58畅0b 68畅0bc 1畅89a 7畅6a 10畅1ab 6畅0b 5畅7b 0畅3b 12畅1b 6畅0a
20 ~ 30 59畅3a 14畅0a 78畅0a 82畅0a 1畅69ab 7畅6a 8畅4bc 7畅0b 16畅1a 0畅3b 8畅7c 6畅0a
30 ~ 40 58畅0a 12畅0a 65畅3ab 70畅7abc 1畅48bc 7畅7a 7畅3bc 5畅0b 7畅5b 0畅3b 7畅8c 6畅0a
40 ~ 50 52畅0a 16畅0a 55畅3b 62畅7c 1畅31c 7畅8a 6畅7c 6畅0b 4畅8b 0畅3b 8畅2c 6畅0a
横山 0 ~ 10 44畅7a 16畅7a 74畅0a 80畅0a 1畅59ab 7畅6a 4畅2a 7畅0a 3畅2ab 1畅3a 17畅4a 7畅0a
10 ~ 20 36畅0a 14畅0a 52畅7a 57畅3a 1畅81a 7畅5a 3畅6a 6畅0ab 2畅2b 1畅0ab 10畅2b 7畅0a
20 ~ 30 48畅0a 16畅0a 64畅0a 71畅3a 1畅60ab 7畅6a 3畅9a 5畅0ab 2畅6b 0畅9ab 6畅3bc 6畅0a
30 ~ 40 62畅0a 15畅3a 59畅3a 62畅7a 1畅43ab 7畅6a 3畅7a 4畅0ab 4畅1a 0畅4b 5畅6c 7畅0a
40 ~ 50 47畅3a 14畅7a 58畅7a 68畅0a 1畅28b 7畅3a 4畅1a 3畅0b 4畅1a 0畅5b 5畅5c 7畅0a
榆林 0 ~ 10 46畅0a 22畅0a 75畅3a 84畅0a 1畅28ab 7畅6b 4畅5a 10畅0a 4畅9a 0畅5a 10畅4a 6畅0ab
10 ~ 20 33畅3a 15畅3a 47畅3b 55畅3b 1畅45a 7畅7ab 4畅7a 8畅0b 3畅9ab 0畅5a 8畅7ab 6畅0ab
20 ~ 30 56畅0a 18畅7a 70畅7ab 79畅3ab 1畅31ab 7畅7a 4畅3a 9畅0ab 2畅1b 0畅2a 7畅3ab 7畅0a
30 ~ 40 55畅3a 22畅0a 63畅3ab 74畅0ab 1畅23b 7畅7a 4畅5a 10畅0a 2畅3ab 0畅3a 6畅4b 6畅0b
40 ~ 50 50畅0a 17畅3a 65畅3ab 78畅0ab 1畅13b 7畅7a 3畅5a 10畅0a 3畅9ab 0畅4a 5畅6b 6畅0ab
    倡 表中同一列数据中字母不同者表示在 P < 0畅05 水平上差异显著 。
82  中 国 生 态 农 业 学 报 第 15 卷
效氮含量均在延安最大 ,分别为 15畅6 % 和 11畅1μg/ g ,显著高于绥德 ,绥德显著高于横山和榆林 ,而横山和榆
林之间无显著差异 。 延安 、绥德和横山土壤湿度随土层深度增加而下降 ,榆林土壤湿度和绥德土壤速效氮
含量先升后降 ,在土层之间无显著差异 。 延安土壤速效氮含量随土层深度增加而下降 ,榆林则先降后升 ,均
在 0 ~ 10cm 土层有最大值 ;速效氮含量绥德 20 ~ 30cm土层显著高于 0 ~ 20cm 和 30 ~ 50cm 土层 ;延安速效
氮含量 0 ~ 20cm 土层显著高于 30 ~ 50cm 土层 ,榆林 0 ~ 10cm 土层显著高于 20 ~ 30cm 土层 ;横山土壤速效
氮含量先降后升 ,在 40 ~ 50cm 土层有最大值 ,30 ~ 50cm 土层显著高于 10 ~ 30cm 土层 。
土壤速效磷和速效钾含量在延安最大 ,分别为 3畅2μg/ g和 35畅5μg/ g ,显著高于其他样地 ;而其他样地之
间无显著差异 。 榆林土壤速效磷含量随土层深度先降后升 ,在土层之间差异不明显 ,其他样地土壤速效磷含量
均随土层深度增加而下降 ,在 0 ~ 10cm土层有最大值 ;延安和绥德 0 ~ 10cm土层土壤速效磷含量显著高于 10 ~
50cm土层 ,横山 0 ~ 10cm土层显著高于 30 ~ 50cm土层 ,其余土层之间无显著差异 。 4 个样地土壤速效钾含量
除在延安样地随土层深度增加先降后升外 ,其余 3 样地均随土层深度增加而下降 ,在 0 ~ 10cm 土层有最大值 ;
榆林 0 ~ 10cm土层土壤速效钾含量显著高于 30 ~ 50cm 土层 ,其他样地 0 ~ 10cm 土层均显著高于 10 ~ 50cm 土
层 ,绥德 10 ~ 20cm土层显著高于 20 ~ 50cm土层 ,横山 10 ~ 20cm 土层显著高于 30 ~ 50cm 土层 。 土壤 Cl- 含量
在延安最大 ,为 9畅0g/ kg ,显著高于横山 ,横山显著高于绥德和榆林 ,绥德和榆林之间无显著差异 。延安和绥德土壤
Cl -含量随土层深度增加而下降 ,横山则先降后升 ,在土层之间无显著差异 。 延安土壤 Cl - 含量在 0 ~ 10cm
土层有最大值 ,0 ~ 20cm土层显著高于 20 ~ 50cm 土层 ;榆林土壤 Cl - 含量上下波动 ,在 20 ~ 30cm 土层有最
大值 ,显著高于 30 ~ 40cm 土层(表 1) 。
2畅2   AM 真菌的空间分布
AM 真菌孢子密度在绥德最高 ,为 1畅61 个/ g土 ,绥德和横山显著高于延安和榆林 。 4 个样地孢子密度随
土层深度先升后降 ,均在 10 ~ 20cm 土层有最大值 。 延安土壤孢子密度在 0 ~ 10cm 和 10 ~ 20cm 、0 ~ 10cm
和 30 ~ 40cm 、10 ~ 20cm 和 20 ~ 40cm土层之间差异显著 ;土壤孢子密度在绥德 10 ~ 20cm 和 30 ~ 40cm 、0 ~
30cm和 40 ~ 50cm 土层之间差异显著 ;横山 10 ~ 20cm 土层土壤孢子密度显著高于 40 ~ 50cm 土层 ;榆林
10 ~ 20cm土层土壤孢子密度显著高于 30 ~ 50cm 土层 。
AM 真菌泡囊定殖率在绥德最高 ,为 55畅6 % ,延安显著低于其他样地 ,其他样地之间无显著差异 ;丛枝 、
菌丝和总定殖率在 4 样地之间均无显著差异 。 AM 真菌定殖率在延安随土层深度增加而下降 ,其他样地则
呈降 → 升 → 降趋势 。 延安菌丝定殖率 、绥德和榆林泡囊和丛枝定殖率及横山总定殖率在土层之间均无显著
差异 。 延安泡囊 、丛枝和总定殖率在 0 ~ 10cm 土层有最大值 ,0 ~ 20cm 土层显著高于 40 ~ 50cm 土层 ,泡囊
定殖率在 0 ~ 10cm 和 30 ~ 40cm 土层 、丛枝定殖率在 0 ~ 10cm 和 20 ~ 40cm土层之间差异显著 ;绥德菌丝和
总定殖率在 20 ~ 30cm 土层有最大值 ,显著高于 10 ~ 20cm 和 40 ~ 50cm 土层 ,总定殖率 0 ~ 10cm 土层显著
高于 40 ~ 50cm 土层 ;榆林菌丝和总定殖率在 0 ~ 10cm土层有最大值 ,显著高于 10 ~ 20cm 土层(表 1) 。
2畅3   AM 真菌与土壤因子的相关性
AM 真菌和土壤因子相关性分析结果表明(表 2) ,AM 真菌孢子密度与泡囊定殖率呈显著正相关 ,与丛
枝定殖率呈显著负相关 。 孢子密度与土壤速效磷和速效钾含量呈显著负相关 ,与土壤有机质和 Cl - 含量呈
极显著负相关 。 泡囊定殖率与土壤 pH 呈极显著正相关 ,与土壤速效钾和 Cl - 含量呈显著负相关 ,与土壤湿
度呈极显著负相关 。 丛枝 、菌丝和总定殖率与土壤因子之间均无显著相关性 。
表 2   柠条根际 AM真菌与土壤因子的相关性
Tab畅2   Relativity analysis betw een arbuscular mycorrhizal fungi f rom the rhizosphere of Caragana korshinskii and soil factors
项   目
I tems
孢子密度
Spore
densit y
pH 湿度
Soil
moisture
有机质
Organic
mat ter
速效氮
Available
N
速效磷
Availab le
P
速效钾
Available
K
Cl - 含量
Cl -
content
泡囊     0畅325 倡     0畅405倡倡 - 0畅373倡倡 - 0畅224 - 0畅185 - 0畅201 - 0畅278 倡   - 0畅299 倡
丛枝     - 0畅465 倡     0畅230 - 0畅146 0畅197 - 0畅152 0畅127 - 0畅0723   0畅0465
菌丝     - 0畅419     0畅0549 0畅0033 0畅0626 0畅107 - 0畅0756 0畅0182   - 0畅0114
总定殖率     - 0畅199     0畅125 - 0畅0286 0畅143 0畅0329 0畅0257 0畅0202   0畅0266
孢子密度     1畅000     - 0畅0066 - 0畅245 - 0畅526倡倡 - 0畅116 - 0畅287 倡 - 0畅316 倡   - 0畅341倡倡
    倡 表示两者之间在 P < 0畅05 水平上显著相关 ,倡倡 表示两者之间在 P < 0畅01 水平上极显著相关 。
3   小结与讨论
试验结果表明 ,黄土高原 4 个样地柠条 AM 真菌总定殖率达 70 % 左右 ,土壤孢子平均密度为
第 2期 贺学礼等 :黄土高原柠条锦鸡儿根际 AM 真菌生态学研究 83 
1畅43 个/ g土 ,说明柠条能与 AM 真菌形成良好的共生关系 ,而丛枝菌根的形成也可能是柠条适应贫瘠干旱
环境的有效对策之一 。 AM 真菌的空间分布和定殖与土壤因子密切相关[6 ~ 8] 。 本试验中土壤 pH 与泡囊定
殖率呈极显著正相关 ,土壤速效钾 、Cl - 含量和湿度与泡囊定殖率呈显著和极显著负相关 。 土壤速效磷 、速
效钾 、有机质和 Cl - 含量与孢子密度呈显著和极显著负相关 。
不同样地和土层深度对 AM 真菌定殖率和孢子密度有明显影响 。 4 个样地 AM 真菌最大定殖率发生在
0 ~ 10cm 和 20 ~ 30cm 土层 ,随土层深度增加变化不一 ;最大孢子密度均出现在 10 ~ 20cm 土层 ,并随土层深
度增加而减少 。 这是由于土壤物理 、化学和通气特性直接影响着土壤生物的分布 ,而土壤真菌对低氧环境
特别敏感的缘故[9 ~ 12] 。 AM 真菌定殖率和孢子密度的空间变化可能由多种潜在机制共同影响 ,包括各样地
生态环境的差异 ,宿主植物根际的生物学特性 ,AM 真菌的依赖性 ,土壤微环境变化以及其他未知的因
素[7 ,13] 。 本项研究中采样地可能通过土壤微环境的变化对 AM 真菌孢子密度和定殖产生直接影响[3 ,6 ,7] 。
有些研究表明 ,AM 真菌最高定殖率经常伴随较大的孢子密度[9 ,10] ,而另一些研究结果则相反[11] 。 本
试验结果表明 ,不同样地和土层中 AM 真菌定殖率并不总是与孢子密度相一致 。 4 个样地中延安泡囊和丛
枝定殖率 ,绥德泡囊和菌丝定殖率与孢子密度相一致 ;而横山和榆林的情况并不一致 。 5 个土层中延安和绥
德泡囊 、菌丝和总定殖率 ,横山丛枝和菌丝定殖率 ,榆林泡囊定殖率与孢子密度在 20 ~ 50cm 土层相一致 ,而
在 0 ~ 20cm 土层并不一致 。 这可能与宿主植物的生长状况 、产孢特性 、植物根际微环境以及土壤营养物质
的有效性等有关[7 ,9 ~ 12] 。 鉴定结果表明 ,柠条根际 AM 真菌大多为球囊霉属( Glomus) ,并有少数无梗囊霉
属( Acaulospo ra)和巨孢囊霉属( Scutellospo ra)的种类 。
相关性分析表明 ,孢子密度与 AM 真菌泡囊定殖率呈显著正相关 ,与丛枝定殖率呈显著负相关 。 该结
果与 AM 真菌的发育阶段密切相关 。 孢子作为 AM 真菌的主要繁殖体 ,能在土壤中存活较长时间 ;AM 真菌
在宿主根细胞内形成的丛枝生命较短 ,仅几天至十多天就完全消解 ;而泡囊在丛枝即将衰老时开始形成 ,定
殖时间长 ,在根组织内大量存在 ,有时还可随受损组织进入土壤中 ,起繁殖体的作用来继续侵染其他植物根
系[14 ,15] 。 因此 ,通过检测 AM 真菌孢子密度 、泡囊和丛枝定殖程度 ,可评估黄土高原生态系统中植物的发育
进程和同一种植物在不同环境中与 AM 真菌形成菌根的能力 ,且可检测黄土高原土壤环境的变化规律 。
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