晉華宮人工復墾煤矸石山不同植物叢枝菌根真菌狀況

李俠 梁露 杜世杰

摘要 煤矸石大量堆積造成了礦區生態被嚴重破壞，AMF能提高植物在逆境條件下存活和生長的能力。以大同晉華宮人工修復礦煤矸石山（修復年限10～20年）為研究對象，采集了獨行菜、冰草、針茅等10種不同植物根系，研究這10種植物根系叢枝菌根真菌侵染情況、根際土壤叢枝菌根真菌孢子密度及理化性質。結果表明，不同植物根系侵染狀況沒有達到顯著差異，而根際土壤的孢子密度和pH差異顯著，且植物根系侵染率與根際土壤的孢子密度呈顯著正相關。

關鍵詞 煤矸石山；孢子密度；侵染率；理化性質

中圖分類號：X172 文獻標識碼：A 文章編號：2095-3305（2018）04-031-03

DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.012

Abstract The massive accumulation of coal gangue has caused serious damage to the mining area environment. AMF can improve the ability of plants to survive and grow under stress conditions. In this paper， an artificial restoration of gangue mountain in Datong Jinhua Palace for about 10-20 years was chosen to collect ten different plant roots， such as Lepidium apetalum， Agropyron cristatum and Stipa capillata， and the infection status of arbuscular mycorrhizal fungi of the ten plants， the density of AMF and physicochemical properties of plant rhizosphere soil were studied. The results showed that the infection status of different plant roots did not reach significant difference， but the difference of spore density and pH value in root soil were significant， and the infection rate of plant root system was positively correlated with the density of spore density in plant rhizosphere soil.

Key words Coal gangue hill； Spore density； Infection rate； Physical and chemical properties

大同地區煤礦資源豐富，被稱為“煤都”，但是由于過去長期的開采，煤矸石大量堆積造成了礦區生態被嚴重破壞[1]。植物修復價格低廉，對環境擾動少，近年來植物修復煤矸石山污染已成為一個研究熱點[2]，然而由于煤矸石山水分及氮、磷等養分含量低，植物生長困難[3]。叢枝菌根真菌（ArbuscularMycorrhizal Fungi，AMF）能夠促進植物對土壤中元素的吸收[4]，提高植物在逆境條件下存活和生長的能力[5-6]，而目前關于AMF技術應用到煤矸石山生態恢復中的研究較少，且所選用的AMF菌種也極少來源于煤礦區土壤。筆者以大同晉華宮礦煤矸石山植物為研究對象，研究不同植物AMF侵染情況以及根際土壤的理化性質，希望為矸石的生態恢復和重建提供理論和實踐依據。

1 材料與方法

1.1 采樣區概況

大同晉華宮礦位于山西省北部，經緯度為40°N，113°E；平均海拔是1 056 m。所選煤矸石山復墾年限10～20年，覆土17 cm左右。

1.2 樣品采集

在采樣區采集植物的根樣。每種植物的根樣分別在3～4個不同的位置采集。把各類植物的根及其所在的一部分土壤分開并且相對應地裝入提前備好的封口袋中，帶回實驗室檢測。

1.3 試驗指標測定

選擇新鮮的細根采用曲利苯藍染色法測定泡囊侵染率、叢枝侵染率及菌根總侵染率[7]；采用濕篩傾注-蔗糖離心法測定孢子密度[8]；土壤pH、EC值、全氮、有機質和速效磷測定參照《土壤農化分析》[9]。

1.4 數據分析

采用Excel 2003作圖，SPSS 23進行方差分析，Duncan法進行多重比較，Pearson相關系數進行相關性檢驗。

2 結果與分析

2.1 菌根的侵染情況

圖1顯示，植物的AMF侵染率達到41%～75%，植物的AMF泡囊率達到12%～34%，但不同植物間的差異性沒達到顯著水平。

2.2 孢子密度與根際土壤的理化性質

由圖2（a）可以看出，植物根際pH范圍為7.1～7.6，不同根際土壤pH差異顯著，其中獨行菜、早熟禾、sp.1、sp.2、sp.3根際pH顯著高于冰草、阿爾泰狗娃花、虎尾草和萬年蒿，針茅根際土壤pH顯著高于虎尾草。由圖2（b）和圖2（c）可以看出，植物根際土壤電導率為0.07～0.11 mS/cm，含水量為11%～26%，不同植物根際電導率和含水量差異沒有達到顯著水平。由圖2（d）可以看出，不同植物根際土壤的AMF孢子密度差異顯著，早熟禾、冰草、阿爾泰狗娃花、針茅、虎尾草和sp.2顯著高于獨行菜和sp.3。

3.3 相關分析

由表1可以看出，植物根系侵染率與泡囊率呈極顯著正相關關系（P<0.01），與根際土壤孢子數呈顯著正相關關系（P<0.05），植物根系泡囊率與根際土壤含水量有顯著正相關關系（P<0.05）；根際土壤含水量與pH有顯著負相關關系（P<0.05）。

3 討論

在人工復墾的煤矸石山上采集的10種植物，其菌根的AMF侵染率為41%～75%，高于草原生態系統中菌根的AMF侵染率20%～80%[10]，可能原因是AMF可以提高宿生植物的抗逆性[5，11]，因而在逆境條件下宿主對AMF的依賴性增加。該研究中AMF孢子密度為15～30個/10 g土，少于筆者以前在風化年限長的煤矸石山土壤（50～60年）的研究及冀春花等在西北干旱地區草甸、草原土壤的研究，多于農田、荒漠土壤[12]，且不同植物根際AMF土壤孢子密度差異顯著，土壤中AMF孢子密度與根系AMF侵染率呈正相關關系，表明AMF對植物根系的侵染與土壤中AMF數量有關，土壤中AMF數量越高，對植物的侵染越強；然而該研究中不同植物之間的菌根AMF侵染率沒有達到顯著性差異，可能原因是由于所取植物根系生長的土壤異質性，造成同一種植物根系侵染率變異大掩蓋了不同植物間的差異，有研究表明AMF對短命植物的侵染程度，會受到植物種類的顯著影響[13]。

根際土壤的理化性質中，pH在7.1～7.6，土壤偏堿性，并且在不同的植物之間其差異性達到了顯著水平，表明植物對根際土壤的pH影響較大；而植物根際含水量、電導率等受環境影響較大，植物對其沒有顯著影響。

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責任編輯：鄭丹丹