菌根真菌對(duì)復(fù)墾土壤的盆栽效應(yīng)

菌根真菌對(duì)復(fù)墾土壤的盆栽效應(yīng)

在北美，一些礦區(qū)的恢復(fù)方法通常將礦區(qū)土壤轉(zhuǎn)移到平原地區(qū)，或在礦區(qū)附近轉(zhuǎn)移非礦區(qū)的表土層，以覆蓋礦區(qū)，并在干預(yù)區(qū)域種植植被。這種方法是恢復(fù)方法中最常見的一種。在恢復(fù)土壤中建立植被只是恢復(fù)實(shí)踐的一部分。恢復(fù)后，如何保持植被的覆蓋率和生態(tài)系統(tǒng)的自我調(diào)節(jié)非常重要。礦區(qū)土壤具有低肥力（尤其是有機(jī)質(zhì)）、低土壤含水量和低土壤生物活性。如果礦區(qū)表土不足，這些土壤通常用作土壤替代材料。如果沒有足夠的表土，植被重建就非常困難。對(duì)于特應(yīng)者和其他科學(xué)家，使用土壤和草根來恢復(fù)沙漠中的植被，可以增加植物根系的養(yǎng)分吸收，恢復(fù)礦區(qū)的植被，使幼苗生存并發(fā)展。細(xì)菌根和根的生存和發(fā)展促進(jìn)了其他微生物群落的生長(zhǎng)。在礦區(qū)，增加植物根系的養(yǎng)分吸收可以增加系統(tǒng)中的養(yǎng)分，幫助生物循環(huán)，這有利于礦區(qū)植被物種的重建。粉煤灰是燃煤后的副產(chǎn)品,目前認(rèn)為對(duì)改良土壤具有很大的潛力.它的潛在用途是,可以改變土壤質(zhì)地,增加土壤持水量,提高土壤pH值,增加土壤的肥力.粉煤灰應(yīng)用于農(nóng)業(yè)土壤可以使廢棄物循環(huán)利用,對(duì)作物生長(zhǎng)提供其潛在的價(jià)值,不會(huì)對(duì)環(huán)境及食物鏈造成污染.在農(nóng)業(yè)中利用的潛力最好可作為石灰或肥料的替代材料.在我國(guó),粉煤灰最普遍的用途是將它作為采煤塌陷地的充填材料,將其充填到采煤塌陷地,然后覆蓋從臨近的非礦區(qū)地里運(yùn)移的土壤.不幸的是,作物在如此復(fù)墾區(qū)上的生長(zhǎng)狀況較差,且運(yùn)輸土壤的費(fèi)用也很高.本文主要針對(duì)生產(chǎn)中存在的問題,研究粉煤灰充填、接種叢枝菌根真菌后不同覆土厚度對(duì)玉米生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)吸收的影響,目的是為了探討菌根侵染是否能夠改善玉米的生長(zhǎng)及其對(duì)土壤和粉煤灰中營(yíng)養(yǎng)的吸收,是否能夠減少覆土的厚度且不會(huì)對(duì)玉米的生長(zhǎng)及營(yíng)養(yǎng)含量造成不利的影響,從而減少運(yùn)輸費(fèi)用,提高植物產(chǎn)量.1材料和方法1.1土壤微量元素的測(cè)定土壤取自河南省平頂山煤礦區(qū).土壤風(fēng)干后過0.5cm篩,去除土壤中的石塊及根段,測(cè)定土壤的化學(xué)性狀,在121℃的條件下高溫滅菌備用.試驗(yàn)土壤中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:全磷0.054%,全鉀1.04%,全鈣1.33%,全鎂0.80%,全鋅62mg/kg,全銅19mg/kg,全錳27mg/kg;含速效磷5mg/kg,交換性鉀190mg/kg,鎂278mg/kg;土壤的pH=8.1(土水質(zhì)量比為1∶2.5).粉煤灰同樣取自河南平頂山煤礦區(qū).粉煤灰中各元素的質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為:全磷0.044%,全鉀0.45%,全鈣1.59%,全鎂0.40%,全鈉0.30%,全鐵2.62%,全鋅47mg/kg,全錳84mg/kg,全銅96mg/kg;含速效磷42mg/kg,交換性鉀29mg/kg,鎂64mg/kg;pH=9.4(土水質(zhì)量比為1∶2.5).試驗(yàn)作物為玉米(先單969).試驗(yàn)菌種為Glomusmosseae.1.2接種劑和培養(yǎng)基質(zhì)試驗(yàn)用盆為深20cm的塑料盆,試驗(yàn)在人工溫室中進(jìn)行.先將粉煤灰裝于盆底,厚度分別為5,7和10cm,質(zhì)量分別為800,1350和2050g.在粉煤灰上覆蓋滅菌的土壤,厚度分別為10,8和5cm,使每盆處理的植物生長(zhǎng)基質(zhì)的厚度達(dá)到15cm,質(zhì)量為3350g,即10cm土5cm粉煤灰、8cm土7cm粉煤灰和5cm土10cm粉煤灰3種培養(yǎng)基質(zhì)處理.菌根處理中加入新鮮的接種劑20g,對(duì)照處理則加入等量滅菌的接種劑.同時(shí),加入10mL過0.25μm孔徑濾紙的新鮮土壤濾液,保證各處理具有除菌根真菌外相同的微生物區(qū)系.玉米種子經(jīng)過催芽,每盆播種2粒.所有處理施基肥NH4NO3,使N含量達(dá)300mg/kg;施K2SO4,使K含量達(dá)300mg/kg.通過稱量,維持土壤濕度為70%～90%的田間土壤持水量.1個(gè)月后,補(bǔ)施KH2PO4,使P含量達(dá)20mg/kg.該試驗(yàn)有2種菌根處理(不接種對(duì)照和接種Glomusmosseae),植物生長(zhǎng)于3種不同覆土厚度的培養(yǎng)基質(zhì)中,共6種處理,重復(fù)5組試驗(yàn),共30盆隨機(jī)排列.植株生長(zhǎng)8周后收獲,用自來水仔細(xì)清洗根中的土壤,然后剪成1cm長(zhǎng)的根段.隨機(jī)選取1g新鮮根段,利用Phillips和Hayman染色方法測(cè)定根系的菌根侵染率.植株地上部及根系在70℃的烘箱中烘48h,烘干的植株地上部和根段磨碎,過0.5mm篩,在500℃條件下干灰化,利用ICP進(jìn)行多元素分析測(cè)定,測(cè)定結(jié)果用GENSTAT統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行差異分析.2試驗(yàn)結(jié)果2.1不同覆土厚度對(duì)植株生物量的影響在對(duì)照處理中,沒有發(fā)現(xiàn)菌根的侵染,而接種處理后菌根侵染率達(dá)到39%～45%(表1).接種處理的植株生長(zhǎng)狀況明顯好于相應(yīng)的對(duì)照處理,且隨覆土厚度的減小,生物量有降低的趨勢(shì).對(duì)照處理的植株生物量較低,且受覆土厚度的影響較小.接種G.mosseae于10cm土5cm粉煤灰基質(zhì)中的植株生物量最高;接種G.mosseae于5cm土10cm粉煤灰基質(zhì)中的植物產(chǎn)量明顯降低.接種菌根及不同培養(yǎng)基質(zhì)的處理對(duì)植物的根/莖比影響不大.對(duì)照處理且植株生長(zhǎng)于10cm土5cm粉煤灰的培養(yǎng)基質(zhì)中,其地上部和地下部的干重稍低于相應(yīng)接種菌根且植株生長(zhǎng)于5cm土10cm粉煤灰培養(yǎng)基質(zhì)的處理,但差異不顯著,說明接種菌根真菌處理能夠減弱或抵消由于覆土少而導(dǎo)致的植株生物量的減小.2.2地上部養(yǎng)分一帶功能性狀的變化接種菌根處理的植株地上部P和K的含量高于相應(yīng)的對(duì)照處理(表2).對(duì)照處理中,覆土厚度間差異很小;而對(duì)于接種處理,隨著覆土厚度的減小,地上部P和K的含量減少.接種菌根對(duì)地上部Mg的含量沒有影響,而地上部Ca和Na的含量低于對(duì)照處理;地上部Zn和Cu的含量不受接種的影響,而接種菌根降低了地上部Mn的含量.表2表明,除Na外,接種菌根處理的植株地上部營(yíng)養(yǎng)元素帶走量均高于對(duì)照處理;隨著覆土厚度的減小,植株地上部帶走的營(yíng)養(yǎng)元素減少(表3).(不接種)對(duì)照處理且植株生長(zhǎng)于10cm土5cm粉煤灰基質(zhì)中,其地上部營(yíng)養(yǎng)元素含量及其帶走量低于相應(yīng)接種菌根且植株生長(zhǎng)于5cm土10cm粉煤灰的處理(Na和Mn呈相反的趨勢(shì)),說明接種菌根真菌能夠彌補(bǔ)由于覆土少而導(dǎo)致植株地上部營(yíng)養(yǎng)元素含量的減少,且接種菌根也減弱了Na對(duì)植株地上部的毒害.2.3不同覆土厚度及菌根對(duì)植株地下養(yǎng)分含量的影響總體而言,地下部營(yíng)養(yǎng)元素含量的變化趨勢(shì)大多類似于地上部,但各處理間仍存在差異(表4).Mg表現(xiàn)出相反的變化趨勢(shì),即接種G.mosseae后地下部Mg的含量較高.地下部Na的含量也表現(xiàn)出與地上部相反的規(guī)律,接種后地下部Na的含量較高.菌根處理中地下部帶走的營(yíng)養(yǎng)元素高于相應(yīng)的對(duì)照處理(表5),接種G.mosseae后,植株帶走的營(yíng)養(yǎng)元素量隨著覆土厚度的減小而降低.接種菌根處理對(duì)根的質(zhì)量影響較大,特別是覆土較少時(shí),元素帶走量較少.對(duì)照處理且植株生長(zhǎng)于10cm土5cm粉煤灰基質(zhì)中,其地下部營(yíng)養(yǎng)元素含量及其帶走量低于相應(yīng)的接種菌根且植株生長(zhǎng)于5cm土10cm粉煤灰基質(zhì)中的處理,但差異不顯著,說明接種菌根真菌處理能夠彌補(bǔ)由于覆土少而導(dǎo)致植株地下部營(yíng)養(yǎng)元素含量的減少.2.4不同覆土厚度對(duì)植株走用營(yíng)養(yǎng)的影響菌根植株的營(yíng)養(yǎng)元素帶走量高于相應(yīng)的對(duì)照處理(表6),反映在接種引起的產(chǎn)量上.覆土厚度對(duì)不接種的對(duì)照處理影響不大.接種處理時(shí),覆土厚度的減小與植株帶走的營(yíng)養(yǎng)元素含量的減少是相聯(lián)系的,對(duì)于接種G.mosseae的處理,其效應(yīng)更明顯.對(duì)照處理,植株生長(zhǎng)于10cm土5cm粉煤灰的基質(zhì)中時(shí),其帶走的營(yíng)養(yǎng)總量低于相應(yīng)的接種菌根且植株生長(zhǎng)于5cm土10cm粉煤灰基質(zhì)的處理,但差異不顯著,說明接種菌根真菌能夠抵消由于覆土少而導(dǎo)致植株帶走營(yíng)養(yǎng)量的減少.2.5減少?gòu)?fù)墾土地的成本接種菌根真菌后,無論是植株的(干)質(zhì)量,還是植株?duì)I養(yǎng)元素的含量,都較相應(yīng)對(duì)照處理顯著提高,且接種菌根真菌能夠抵消由于覆土少而導(dǎo)致的產(chǎn)量減少.在本試驗(yàn)條件下,接種土質(zhì)量的1%菌根菌劑,估算至少可以獲得少覆土5cm的植株生長(zhǎng)效果.若按復(fù)墾1hm2土地計(jì)算,將減少土方500.25m3.按搬運(yùn)覆土50元/m3計(jì)算(水利部1998年“水利水電建筑工程概算定額標(biāo)準(zhǔn)”),則復(fù)墾1hm2土地將節(jié)約25012.5元.而該菌根菌劑的成本是相當(dāng)?shù)偷?從而可以極大地節(jié)約復(fù)墾費(fèi)用.3復(fù)墾土壤微生物的作用試驗(yàn)表明,菌根侵染能夠明顯提高試驗(yàn)玉米的生物量,幫助植株吸收更多的營(yíng)養(yǎng)元素,抑制過量Na鹽在植株地上部的積累.盡管菌根植株地上部的P濃度稍低于標(biāo)準(zhǔn)水平(0.25%),但卻是非菌根植株的2倍,其他元素的含量也高于對(duì)照值.未受擾動(dòng)的表土中,會(huì)含有一定的AM真菌,但是退化的土壤需要接種適當(dāng)?shù)耐饧泳昊蛞恍┗旌暇?本試驗(yàn)中根已經(jīng)穿透粉煤灰層,但菌根吸收的額外營(yíng)養(yǎng)來源于試驗(yàn)土壤還是粉煤灰,需進(jìn)一步研究.研究結(jié)果表明,在試驗(yàn)條件下,覆土厚的處理植株生長(zhǎng)最好.在退化的油頁(yè)巖復(fù)墾土壤上,覆土30,60和90cm的結(jié)果表明,覆土厚度越大,植株生物量越大.運(yùn)輸表土的費(fèi)用較貴,且每年必須施肥以維持農(nóng)業(yè)產(chǎn)量,因此覆土是一種高成本的方法.土壤微生物在擾動(dòng)土壤和污染土壤中起很重要的作用,可以增加植物對(duì)營(yíng)養(yǎng)的可利用性,鈍化重金屬,使土壤顆粒團(tuán)聚化,改善土壤結(jié)構(gòu),減少侵蝕危害.纖細(xì)的根段及菌根大多分布在10cm深的表土層中,一些孢子可以被淋失到深層土壤,但是在50～60cm的土層中,數(shù)量通常很少.覆土質(zhì)量對(duì)復(fù)墾土壤的植被重建是相當(dāng)重要的,表土缺乏將導(dǎo)致微生物區(qū)系的減少及活性.復(fù)墾土壤上植被的重建是復(fù)雜的,需要一定的植被及微生物相結(jié)合.接種菌根具有減少覆土厚度的潛力,可導(dǎo)致植株相當(dāng)高的菌根侵染率(表1).在試驗(yàn)條件下,估算每復(fù)墾1hm2土地可以節(jié)約25000元,具有很現(xiàn)實(shí)的意義.同時(shí),菌根真菌的應(yīng)用,也能夠增加整個(gè)系統(tǒng)的微生物群落,利于系統(tǒng)的穩(wěn)定.粉煤灰能夠提供植株生長(zhǎng)必需的營(yíng)養(yǎng)元素,堿性粉煤灰是較好的石灰改良劑.粉煤灰可以矯正植株?duì)I養(yǎng)如B,Mg,Mo,S的缺乏.B毒是粉煤灰利用中最潛在的問題,本試驗(yàn)中沒有B中毒的跡象.植株從粉煤灰中可以吸收K,Mn,Fe和Ca,因而維持了植株的正常生長(zhǎng).植株地上部P濃度隨粉煤灰的施加而降低,試驗(yàn)結(jié)果表明,植株可以直接從土壤中吸收P,叢枝菌根真菌的外生菌絲也能夠從基質(zhì)中吸收P.菌根菌絲可以降低根際pH,使植株從土壤中吸收更多的P.接種菌根真菌使植株從土壤或粉煤灰中