土壤水分和AM真菌对沙打旺根际土壤理化性质的影响

贺学礼，郭辉娟，王银银

（河北大学 生命科学学院，河北 保定 071002）

在干旱和半干旱地区，干旱是限制植物生长和生态系统生产力的主要因素之一，加之人类活动范围不断扩大，导致植被退化，土地荒漠化，生态环境日趋恶化［1］.AM（arbuscular mycorrhizal）真菌广泛分布于土壤生态系统中，能与绝大多数高等植物形成丛枝菌根.AM真菌能够促进植物对土壤矿质元素和水分的吸收，提高植物抗旱性，促进植物生长［2］；AM真菌在植物根际形成的庞大菌丝网络和产生的球囊霉素，能够稳定土壤结构，在退化生态系统植被恢复和生态重建中具有重要作用［3］.目前，关于AM真菌促进植物生长，提高植物抗旱性的研究已有很多报道［2，4］，但有关土壤水分和AM真菌对植物根际土壤微环境的交互效应，特别是对土壤酶和球囊霉素的影响报道很少［5］.

沙打旺（AstragalusadsurgensPall.）是豆科黄芪属多年生草本植物，是中国特有的牧草、绿肥和水土保持等兼用型草种.沙打旺以抗逆性强、适应性广和产草量高而著称，在植被恢复、防止水土流失方面有广泛应用［6］.已有研究表明，接种AM真菌能够促进沙打旺生长［7］，但对沙打旺根际土壤理化性质的影响未见报道.本实验以摩西球囊霉（Glomusmosseae）和沙打旺根际土著AM真菌（优势菌种为透光球囊霉G.diaphanum，摩西球囊霉和瑞氏无梗囊霉Acaulosporarehmii）作为接种剂，研究了土壤水分和AM真菌对沙打旺根际土壤养分、土壤酶活性和球囊霉素的交互效应，为阐明干旱条件下菌根－植物－土壤互作系统机理，利用AM真菌进行植被恢复提供依据.

1 材料与方法

1.1 材料

把保定市东郊农田土（褐土）和河沙按1∶2（质量比）混匀，过2mm筛，经高压蒸气间歇灭菌2次.土壤有效P 2.39μg／g，碱解 N 15.4μg／g，有机质8.97mg／g，pH 8.01，土壤最大持水量23%.

沙打旺种子采自毛乌素沙地生长的沙打旺植株，播种前用体积分数为75%的乙醇消毒10min.供试菌种为摩西球囊霉（G.mosseae）和沙打旺根际土著AM真菌（优势菌种为透光球囊霉G.diaphanum，摩西球囊霉和瑞氏无梗囊霉Acaulosporarehmii），接种剂是经黑麦草扩繁后获得含有菌丝、侵染根段和孢子的根际土.

盆栽容器为23.0cm×18.0cm×14cm的塑料盆，用前在0.1g／L KMnO4溶液中浸泡，再用水冲洗后晾干.

1.2 实验设计

实验设30%，50%和70%3个土壤相对含水量.同一水分下设不接种（CK）、接种摩西球囊霉（GM）和接种沙打旺根际土著AM真菌（IAMF）3个处理，每个处理重复4次.每盆每kg土加0.438g磷酸二氢钠、0.462g硫酸钾和0.429g尿素作基肥.实验盆随机排列.实验在河北大学植物玻璃温室中进行，自然光照.

每盆装土2.8kg，接种处理每盆层施菌剂35g，对照加入等量灭菌菌剂.2008年5月25日播种，在苗高5cm时选取长势一致的植株，每盆定苗4株.幼苗生长期间，各处理浇水等管理一致.8月5日开始按照3个土壤相对含水量进行水分处理.用称重法控制土壤含水量，每天称重1次，补充失去水分，使各处理土壤含水量保持设定水平.

11月2日收获植株，将地上部和地下部分开，用水将根部洗干净，取部分根样测定菌根定殖率，其余根样和地上部烘干测定干质量.根际土的获得是将植株从塑料盆中倒扣取出，其根系上带有大量盆土，抖去部分土，直到可以看见大量根系时停止，之后将这些沾在根系上的土留下用于测定土壤酶、球囊霉素、有效P、碱解N、有机质和pH值.

1.3 测定方法

植株地上部和地下部烘干后测定干质量［8］，菌根定殖率按Phillips和Hayman方法测定［9］.总球囊霉素和易提取球囊霉素参照Wright等方法测定［3］.土壤pH值用电位法，有机质用重铬酸钾硫酸外加热法，土壤碱解N用碱解扩散法，有效P用Olsen法［10］，土壤脲酶用改进的Hoffmann与Teiche比色法测定，蛋白酶用茚三酮显色法测定［11］，磷酸酶用改进的Tabatabai和Brimner方法测定［12］.

1.4 数据分析

采用SPSS16.0软件对实验数据进行统计分析，Duncan多重比较法检验各处理平均值间差异的显著性，采用双因素方差分析土壤水分和AM真菌二者之间的交互效应.

2 结果与分析

2.1 土壤水分和AM真菌对菌根定殖率、土壤球囊霉素和植株干质量的影响

由表1可见，摩西球囊霉菌根定殖率都在90%以上，随土壤含水量变化无显著差异；土著AM真菌菌根定殖率随土壤含水量降低而显著增加，说明干旱条件更有利于土著AM真菌定殖.同一水分条件下，接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌均显著提高了菌根定殖率.不接种处理也有少量菌根定殖，可能是开放培养期间空气或水中传播的真菌孢子污染所致.

表1 土壤水分和AM真菌对菌根定殖率、土壤球囊霉素和植株干质量的影响Tab.1 Effects of soil moisture and AM fungi on mycorrhizal colonization，soil glomalin and dry mass of Astragalusadsurgens

CK不接种，GM接种摩西球囊霉，IAMF接种沙打旺根际土著AM真菌；表中数据为平均值，同一列数据中字母不同者表示在5%水平上差异显著；W 水分处理，AMF接菌处理，＊P＜0.05，＊＊P＜0.01，NS无显著影响；下同.

随土壤含水量增加，不接种、接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌的根际土壤易提取球囊霉素呈升高趋势；与不接种相比较，接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌在3个水分下均显著增加了根际土壤总球囊霉素和易提取球囊霉素含量；接种土著AM真菌的土壤总球囊霉素和易提取球囊霉素含量都高于同一水分接种摩西球囊霉的根际土.

接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌在土壤相对含水量30%和50%条件下均显著增加了植株干质量；土壤相对含水量70%时，仅接种土著AM真菌显著增加了植物干质量.接种土著AM真菌的植株干质量均高于同一水分条件下接种摩西球囊霉的植株，说明土著AM真菌的菌根效应优于摩西球囊霉.

土壤水分变化对土壤球囊霉素和植株干质量有极显著影响.AM真菌对菌根定殖率、土壤球囊霉素和植株干质量有极显著影响.土壤水分和AM真菌交互作用对菌根定殖率和土壤易提取球囊霉素有极显著影响，对植株干质量有显著影响.

2.2 土壤水分和AM真菌对沙打旺根际土壤养分和pH值的影响

由表2可知，不接种、接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌的根际土壤有机质和碱解N随土壤含水量增加呈递增趋势，有效P随土壤含水量增加而降低.土壤相对含水量30%和50%时，与不接种相比较，接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌均显著降低了根际土壤pH值和有效P含量，提高了土壤有机质和碱解N含量.土壤相对含水量70%时，与不接种相比较，接种摩西球囊霉显著降低了根际土壤有效P含量.接种土著AM真菌的根际土壤有机质、碱解N、有效P都高于同一水分接种摩西球囊霉的根际土.

土壤水分、AM真菌以及两者交互作用对土壤有机质、碱解N、有效P和pH值均有极显著影响.

表2 土壤水分和AM真菌对沙打旺根际土壤养分和pH值的影响Tab.2 Effects of soil moisture and AM fungi on soil nutrients and pH in the rhizosphere of Astragalusadsurgens

2.3土壤水分和AM真菌对沙打旺根际土壤酶活性的影响

随土壤含水量增加，不接种、接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌的土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、脲酶和蛋白酶活性都呈升高趋势（表3）.土壤相对含水量30%和50%时，与不接种相比较，接种摩西球囊霉和接种土著AM真菌均显著提高了根际土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和脲酶活性.土壤相对含水量70%时，与不接种相比较，接种土著AM真菌显著增加了土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和脲酶活性，接种摩西球囊霉显著增加了蛋白酶和脲酶活性.接种土著AM真菌的根际土壤碱性磷酸酶和蛋白酶活性显著高于同一水分接种摩西球囊霉的根际土.

土壤水分、AM真菌以及两者交互作用对土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和脲酶均有极显著影响.

表3 土壤水分和AM真菌对沙打旺根际土壤酶活性的影响Tab.3 Effects of soil moisture and AM fungi on soil enzymatic activities in the rhizosphere of Astragalusadsurgens

3 讨论与结论

研究表明，AM真菌能够促进沙打旺植株生长，这与AM真菌对其他植物的促生作用相似［13］.本实验发现，土壤水分变化对摩西球囊霉的定殖影响不大，但干旱条件有利于土著AM真菌的定殖，这与张旭红［14］和Davies［4］等人的研究结果一致.摩西球囊霉为广谱生态型菌种，能够耐受较大幅度的生境变化，如基质水分变化.沙打旺根际土著AM真菌来自干旱的荒漠，在干旱条件下其定殖率更高.

土壤酶是土壤生物化学过程的积极参与者，土壤酶活性高低反映了土壤营养物质转化、能量代谢等过程能力的强弱.有关干旱对土壤酶活性影响的报道不一［5，15］.本实验结果表明，干旱降低了土壤酸性磷酸酶、碱性磷酸酶、蛋白酶和脲酶活性，接种AM真菌显著提高了根际土壤酶活性，这与文献［16］的研究结果一致.土壤酶主要来源于微生物和植物根系，土壤酶活性增加可能是AM真菌促进植物或其他微生物分泌更多的土壤酶［15］，或通过根外菌丝分泌土壤酶的结果［12］.土壤磷酸酶是催化土壤磷酸单酯和磷酸二酯水解的酶，土壤有机磷在磷酸酶作用下才能转化成可供植物吸收的无机磷［17］.土壤磷酸酶活性增加，能够提高沙打旺对土壤有机磷的利用.土壤脲酶是土壤中氮素转化的关键酶，它能促使土壤尿素分子水解，生成的氨是植物氮素来源之一.蛋白酶能促使土壤蛋白质水解为肽，最终形成氨基酸，在土壤氨化过程中起重要作用，为进一步转化为植物可吸收利用的氮素打下基础［17］.接种AM真菌提高了土壤蛋白酶和脲酶活性，说明AM真菌在氮素转化中有重要作用，可以促进沙打旺对有效N的吸收利用.

实验中，接种AM真菌显著降低了土壤有效P含量，表明AM真菌能够促进宿主植物对土壤磷营养的吸收，这与前期实验结果相一致［7］.接种AM真菌不但增加了沙打旺根际土碱解N含量，也显著提高了植株地上部和地下部全氮含量［7］，推测这与AM真菌促进了根瘤菌固氮作用密切相关［18］.接种AM真菌降低了根际土pH值，这与宋福强等人［19］的研究结果相一致.这可能与接种AM真菌促进了宿主根系呼吸作用有关.根系pH值变化从多方面影响着根际环境，例如影响根际土壤中各种养分有效性、根系形态建成和生长速率、根系分泌物种类和数量以及土壤酶活［20］.

球囊霉素是一类产生于AM真菌孢子壁和菌丝体的糖蛋白，可以随孢子和菌丝降解进入土壤，球囊霉素具有“超级胶水”作用，能提高土壤团粒结构稳定性和抗侵蚀能力［3］.实验中，接种AM真菌能显著增加沙打旺根际土壤总球囊霉素和易提取球囊霉素含量，这与Wu等在枳实［13］和Kohler等在莴苣［5］的实验结果一致.干旱条件下，有球囊霉素粘着的AM真菌根外菌丝可在土壤水气界面更好地生存，把水分和矿质元素输送给宿主植物，促进植物生长；球囊霉素能够改善土壤团聚体结构，使土壤具备良好的通透性和持水性，提高了植物抗旱能力［13］.

研究表明：摩西球囊霉和土著AM真菌均能促进沙打旺生长，提高根际土壤有机质、碱解N、球囊霉素和土壤酶活性，土著AM真菌菌根效应优于摩西球囊霉.沙打旺与土著AM真菌已经形成了长期适应的共生关系，并且多种AM真菌的协同作用效应优于单一菌种.因此，根据研究目标筛选高效菌种，对于菌根生物技术的应用至关重要.

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