根瘤菌對石漠化生態(tài)系統(tǒng)三葉草生長的影響研究

張敬宜　王金　華思斯

摘 要：通過采集石漠化地區(qū)的土壤，在實驗室中以盆栽實驗?zāi)M石漠化生態(tài)系統(tǒng)，在豆科植物紅三葉草上分別回接4株根瘤菌來研究石漠化生態(tài)系統(tǒng)中豆科植物接種不同根瘤菌后的生長態(tài)勢。通過測定三葉草的株高、冠幅、光合速率、蒸騰速率等指標，比較分析得出接種根瘤菌對石漠化地區(qū)豆科植物的生長具有顯著的促進作用。

關(guān)鍵詞：根瘤菌；石漠化；三葉草；光合特性

中圖分類號 X171.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）07-15-02

石漠化（rock desertification），即“石質(zhì)荒漠化”的簡稱，是指在熱帶、亞熱帶濕潤半濕潤氣候條件和巖溶極其發(fā)育的自然背景下，受人為活動干擾，地表植被遭受破壞，導(dǎo)致土壤嚴重流失、基巖大面積裸露或礫石堆積的土地退化現(xiàn)象[1]。石漠化是巖溶地區(qū)土地退化的極端形式，是喀斯特脆弱生態(tài)環(huán)境下，地表呈現(xiàn)類似石漠景觀的巖石逐漸裸露的演變過程，它不斷吞噬土地，造成土壤肥力和土地生產(chǎn)力下降，導(dǎo)致嚴重的水土流失、植被退化等一系列生態(tài)問題，極大地影響著人們的生存環(huán)境[2]。

根瘤菌是一類存在于土壤中的革蘭氏陰性細菌，它能夠侵染豆科植物的根部或莖部形成共生體——根瘤（或莖瘤），并在其中將空氣中的游離態(tài)氮轉(zhuǎn)化成植物可以利用的化合態(tài)氮，為宿主植物的生長提供必需的氮素營養(yǎng)。根瘤菌-豆科植物共生固氮體系是已知固氮能力最強的生物固氮體系之一，能有效促進植物生長，增加土壤肥力[3-4]。在土地生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)策略中，豆科植物-根瘤菌共生體系的應(yīng)用越來越受到世界范圍的高度重視。

本研究通過在實驗室中以盆栽實驗?zāi)M石漠化生態(tài)系統(tǒng)，以三葉草為載體，研究豆科植物-根瘤菌對三葉草各項生長指標和光合特性的影響，初步探索豆科植物-根瘤菌對石漠化土壤生態(tài)系統(tǒng)的影響，以期為石漠化的綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 供試植物、土壤及菌株 供試植物種子為紅三葉草（Trifolium pretense L.）種子，由昆明源數(shù)園林綠化有限公司提供，種子栽培8個月后，選擇生長狀況相似的植物用于根瘤菌回接試驗；供試土壤采自宜良帽子山南坡，因石漠化（巖溶）地區(qū)土層薄，僅采集0～15cm表層土；供試菌株分離自宜良石漠化地區(qū)豆科植物新鮮根瘤（表1）。

1.2 實驗方法 自播種之日開始長至5個月時，測量各組三葉草的每盆植株數(shù)、平均葉片數(shù)、平均株高和平均冠幅；生長至6個月時，用便攜式LI-6400XT光合儀測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導(dǎo)度（Cond）的日變化值以及計算各組的水分利用率（WUE=Pn/Tr）。所測的數(shù)據(jù)用SPSS15.0軟件進行分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種根瘤菌對三葉草各項生理指標的影響 從表2可以看出，接種根瘤菌的4組，三葉草的每盆植株數(shù)和每株平均葉片數(shù)都比ck的高，每盆植株數(shù)的比較結(jié)果為：2>4>3>1>ck，每株平均葉片數(shù)的比較結(jié)果為：2>4>1>3>ck；回接根瘤菌的實驗組平均株高與平均冠幅都比未接種根瘤菌的對照組的高，且存在顯著性差異，其中第2組，即接種SWFU-R30菌株的實驗組各項生理指標在各個實驗組中是最高的，其平均株高、平均冠幅分別比ck組的高出53.87%、32.33%，平均株高與平均冠幅的比較結(jié)果均為：2>4>3>1>ck。以上4項生理指標顯示出，接種根瘤菌能促進三葉草的生長。

2.2 接種根瘤菌對三葉草光合特性的影響 由圖1和圖2可以看出，各組的凈光合速率日變化和蒸騰速率日變化都是雙峰型的。4個實驗組的凈光合速率和蒸騰速率在各個時間段幾乎都高于ck組，其中接種SWFU-R30菌株第2組三葉草的凈光合速率和蒸騰速率均是最高的。

氣孔導(dǎo)度與光合速率、蒸騰速率之間均存在一定的聯(lián)系，氣孔通過控制開合度來控制光合速率和蒸騰速率，光合速率與蒸騰速率對氣孔導(dǎo)度也存在影響。圖3中各組的變化趨勢均沒有呈現(xiàn)出一定的規(guī)律，但可以看出第2組的氣孔導(dǎo)度一直處于比較高的水平，ck組一直是最低值，這與凈光合速率和蒸騰速率的結(jié)果是一致的，進一步說明了三者之間的關(guān)系：氣孔導(dǎo)度與凈光合速率、蒸騰速率在一定范圍內(nèi)呈正相關(guān)。

水分利用率是光合速率和蒸騰速率的比值，圖4中的曲線也都出現(xiàn)了2個峰，且都是在11∶00和17∶00時出現(xiàn)。在7∶00～11∶00，各組的水分利用率都呈現(xiàn)先下降后上升的趨勢，其中第2組的水分利用率最高，說明在上午光照強度不是很大的情況下接種SWFU-R30菌株的三葉草植株對水分的利用率最高，但是該組植株從13∶00開始水分利用率一直低于其它實驗組植株；13∶00～17∶00，第4組的水分利用率一直處于最高水平，表明接種該株菌后的植株比較適合在石漠化地區(qū)干旱缺水的條件下生長。

3 結(jié)論與討論

綜上所述，接種根瘤菌的三葉草在模擬的石漠化生態(tài)系統(tǒng)下生長態(tài)勢良好，各項指標均比不接種根瘤菌的三葉草要高。目前，我國西南地區(qū)的石漠化現(xiàn)象越來越嚴重，加快石漠化土地的綜合治理是西南巖溶地區(qū)一項迫在眉睫的任務(wù)[8]。由于石漠化地區(qū)的植被覆蓋率低，恢復(fù)與重建植被就成為土地石漠化綜合治理中最主要和最基本的措施[9]。本次試驗通過在石漠化地區(qū)豆科植物上回接根瘤菌來對石漠化地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)進行修復(fù)，結(jié)果顯示，SWFU-R30菌株和SWFU-R1039對三葉草的各項生理指標、光合特性和土壤肥力和蓄水能力的提高均具有比較顯著的作用，因此可以考慮將這2株菌株作為石漠化生態(tài)系統(tǒng)修復(fù)的優(yōu)良菌株。

參考文獻

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（責編：張宏民）

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（責編：張宏民）