宋成軍，曲來葉，馬克明 ,*，傅伯杰 ，陳 羚

(1. 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點實驗室，北京 100125；2. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域國家重點實驗室，北京 100041)

AM真菌和磷對小馬安羊蹄甲幼苗生長的影響

宋成軍1，曲來葉2，馬克明2 ,*，傅伯杰2，陳 羚1

(1. 農(nóng)業(yè)部規(guī)劃設計研究院農(nóng)村能源與環(huán)保研究所/農(nóng)業(yè)部農(nóng)業(yè)廢棄物能源化利用重點實驗室，北京 100125；2. 中國科學院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域國家重點實驗室，北京 100041)

叢枝菌根(arbuscular mycorrhizal，AM)真菌在退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建實踐中具有重要作用。采用盆栽模擬方法，重點分析不同土壤磷條件下小馬鞍羊蹄甲(Bauhiniafaberi)幼苗接種AM真菌后，幼苗的形態(tài)、生物量積累、菌根侵染率和菌根效應(mycorrhizal growth response, MGR)在一個生長季內(nèi)的動態(tài)變化。結(jié)果表明，Glomusmosseae和Glomuscoronatum能較好地侵染幼苗，兩種AM真菌顯著地增加幼苗根系、葉片數(shù)和生物量；接種AM真菌顯著影響幼苗的生物量分配，而土壤磷對幼苗的生物量分配影響不明顯，AM真菌和土壤磷對幼苗生長的交互作用顯著；G.mosseae是小馬鞍羊蹄甲的優(yōu)勢AM菌，其接種的幼苗根長、葉片數(shù)、生物量、侵染率和菌根效應都顯著高于G.coronatum處理的幼苗；菌根效應顯著，接種AM真菌能有緩解土壤磷素缺乏的限制作用，且隨著苗齡增大促生作用表現(xiàn)更為明顯。不同AM菌種對小馬鞍羊蹄甲幼苗生長的促生作用表現(xiàn)出的差異，提示在多元資源限制的干旱貧瘠環(huán)境中進行生物修復須為目標恢復物種篩選出高效的優(yōu)勢AM真菌。

退化生態(tài)系統(tǒng)；叢枝菌根真菌；多元養(yǎng)分限制；生長動態(tài)；植被恢復

叢枝菌根(arbuscular mycorrhizal, AM)真菌是自然界中分布極其廣泛，農(nóng)業(yè)和生態(tài)意義十分重大的一類土壤微生物，它能夠與陸地上90%以上的植物根系形成AM[1- 3]。AM不僅能增強寄主植物對土壤中水分和養(yǎng)分的吸收，而且分泌的相關(guān)土壤蛋白參與土壤團聚體的形成和穩(wěn)定，從而促進寄主植物的生長和改善土壤結(jié)構(gòu)，所以在退化生態(tài)系統(tǒng)恢復與重建過程中具有重要功能[4- 6]，生態(tài)恢復中AM的作用備受關(guān)注。

橫斷山區(qū)干旱河谷是青藏高原特殊氣候與地理環(huán)境條件下形成的脆弱生境，是我國生態(tài)環(huán)境綜合治理的關(guān)鍵區(qū)域，有效促進干旱河谷植被恢復和重建，遏制生態(tài)退化，已成為當前一項迫切的任務[7]。小馬鞍羊蹄甲(Bauhiniafaberi)是該區(qū)域現(xiàn)存植被中多年生鄉(xiāng)土優(yōu)勢灌木之一，在橫斷山區(qū)干旱河谷區(qū)域廣為分布，具有較強的耐旱特性和優(yōu)良的水土保持性能，亦可作為飼料、薪材和藥用[8]，小馬鞍羊蹄甲植被的恢復會產(chǎn)生很好的生態(tài)、社會和經(jīng)濟效益，具有巨大的植被恢復潛力。然而，植被調(diào)查中并未發(fā)現(xiàn)其幼苗的大量存在，嚴酷的干旱環(huán)境和貧瘠的土壤可能嚴重制約了幼苗的定居。我國退化生態(tài)系統(tǒng)中均存在AM真菌[9]，球曩霉屬(Glomus)是干旱生態(tài)系統(tǒng)中分布最廣泛AM真菌，Glomusmosseae則是干旱生態(tài)系統(tǒng)中的優(yōu)勢AM菌種，豆科植物是其寄生的優(yōu)勢類群[10]。盡管干旱環(huán)境條件下小馬鞍羊蹄甲對水分和養(yǎng)分脅迫的適應能力已有所研究和揭示[8,10- 11]，而AM真菌在干旱和缺磷條件下對本區(qū)域優(yōu)勢灌木促生作用一直缺乏必要的研究，缺磷條件下AM的形成能否改善小馬鞍羊蹄甲適應干旱環(huán)境的能力并不清楚。因此，針對該區(qū)土壤水分和磷素多元層級的資源限制結(jié)構(gòu)[11- 12]，人為接種該區(qū)域植被的優(yōu)勢AM真菌，假設接種AM真菌后菌根效應顯著，可以刺激小馬鞍羊蹄甲幼苗生長，且不同年齡幼苗對不同AM菌種的響應程度不同，使得幼苗能夠更好的適應干旱貧瘠環(huán)境。為此，本研究采用盆栽方法模擬干旱缺磷環(huán)境，重點分析不同磷條件下對兩種AM真菌對小馬鞍羊蹄甲幼苗的促生作用，從而為岷江干旱河谷以鄉(xiāng)土灌木為恢復目標的恢復理論與實踐提供科學依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗材料

寄主植物 小馬鞍羊蹄甲(Bauhiniafaberivar. microphylla)。

供試AM菌種Glomusmosseae(G.mosseae)和Glomuscoronatum(G.coronatum)。菌種均由北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所微生物室提供，接種劑為高粱繁殖的土沙混合物，內(nèi)含供試菌種孢子、侵染根段和菌絲片段。G.mosseae從新疆昭蘇新疆韭(Alliumcoeruleum)根圍分離，為2857個孢子/20 mL菌劑，G.coronatum從蒙伊金霍洛旗沙蒿(Artemisiadesteroru)根際分離，為1390個孢子/20 mL菌劑。

供試基質(zhì) 沙土，將沙土過2 mm篩子充分混勻備用，基質(zhì)的pH值為8.8，電導率為289 μS/cm，速效磷含量為5.9 mg/kg，銨態(tài)氮為13.3 mg/kg，硝態(tài)氮含量為4.2 mg/kg，體積含水量為32%。

1.2 試驗設計

2007年在岷江干旱河谷核心區(qū)飛虹鄉(xiāng)(四川省茂縣，土壤類型為石灰性褐土)采集寄主植物種子，通過篩選、水選與肉眼選擇形態(tài)大小基本一致，表皮光滑，健康無蟲害的種子，曬干后備用。2008年7月5日播種，挑選飽滿種子，用20%濃硫酸浸泡4 h，蒸餾水沖洗干凈，并浸泡24 h。萌發(fā)前用2.5%NaOCl溶液將種子消毒10 min，然后在蒸餾水中浸泡20 min。再把種子鋪在墊有濾紙的托盤內(nèi)，放在培養(yǎng)箱中，黑暗下萌發(fā)7d(60%濕度和25 ℃)。接種前，沙土和珍珠巖間歇滅菌3次(1.1 kg/cm2，126 ℃，20 min)，一次性塑料杯(250 mL)則用75%酒精消毒。幼苗長出2片真葉后，選擇發(fā)芽一致的幼苗移植(1株/杯)。植苗時，每杯先裝基質(zhì)150 g，然后放入接種劑5 g，再加入100 g基質(zhì)，最后覆蓋一薄層珍珠巖3.5 g，以防止基質(zhì)的水分蒸發(fā)。移苗后，隨即按照表2中磷的濃度和配比要求，均勻澆入磷溶液([NaH2PO4] = 4.9 mmol/L)和蒸餾水。

試驗設置2個磷梯度(6.0 mg P/kg和24.0 mg P/kg)和2個菌處理(G.mosseae和G.coronatum)(表1)。兩個磷梯度可以模擬干旱河谷表層褐土(0—20 cm)磷含量的極低值和高值，32%的體積含水量則代表干旱河谷生長季表層土壤含水量的平均值[12]。采用析因試驗和對照，共6個處理，每一處理設置12個重復，共72株幼苗。試驗在城市與區(qū)域國家重點實驗室進行，幼苗置于培養(yǎng)箱內(nèi)培植，箱內(nèi)環(huán)境參數(shù)為：夜間長14 h，溫度為19 ℃，相對濕度88%；白天持續(xù)10 h，溫度25 ℃，相對濕度為70%。2008年7月27日，開始稱重法控制水分，試驗至11月7日結(jié)束。移苗兩周后，每杯每周澆一次無磷Long Ashton 營養(yǎng)液，以保證其它營養(yǎng)元素的供應。

表1 磷肥和AM真菌的濃度及其施用配比

LPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G.coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G.mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G.coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G.mosseae處理

1.3 樣品分析

在苗齡第48天、86天和104天時分別收割幼苗，每個處理每次收割3株幼苗。試驗結(jié)束時登記所有死苗。收割前，分別測定基徑、莖總長、株高、葉片數(shù)等4個生長指標；收割后，清洗根系，取少量根系進行其他測定。自然晾干后，按照葉、莖、細根和粗根將植株分開，測量各部分鮮重和細根總長度，然后在68 ℃烘箱中烘至恒重，在萬分之一分析天平(Mettler-Toledo AL204)上稱量，即得各器官生物生產(chǎn)量。幼苗由于樣品量小，磨碎后全部用于元素分析。依據(jù)Phillips和Hayman[13]描述的方法染色，侵染率(IR)采用侵染頻度(IF%)表示，計算公式為：IF%=(侵染根段數(shù)/總根數(shù))×100[14]；菌根效應(MGR)計算公式為：MGR(%)=(菌根植物干重-不接種植物干重)/菌根植物干重×100%[15]。根長用卷尺測量，根面積用面積測定儀(Honggu，Akinori MYKA. Lab. 1.01 Ver)測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理

基于多元方差分析(MANOVA)來分析和評價AM真菌和土壤磷對幼苗根系、葉片、生物量等多個指標的綜合影響。第一步，采用MANOVA來評定AM真菌和磷處理的主效應和交互作用；第二步：采用Tukey′s HSD 方法進行多重比較，采用皮爾遜相關(guān)分析法對各處理下幼苗的生長參數(shù)進行相關(guān)分析。方差分析前，所有實測數(shù)據(jù)進行正態(tài)檢驗，必要時用對數(shù)轉(zhuǎn)換，以保證數(shù)據(jù)服從正態(tài)分布和方差齊性。分析統(tǒng)計均在SPSS13.0軟件(Standard released version 13 for Windows，SPSS Inc.，IL. Chicago，USA)上完成。

2 結(jié)果

2.1 不同磷條件下AM真菌對小馬鞍羊蹄甲幼苗生長的主效應和交互作用

兩種土壤磷條件下，接種G.mosseae和G.coronatum后，AM真菌對小馬鞍羊蹄幼苗根系有較好地侵染，G.mosseae的侵染率顯著高于G.coronatum的侵染率，不同苗齡間菌根侵染率相差不大，低磷條件下G.mosseae和G.coronatum對根系的侵染率分別處在51%—71%和30%—31%之間，高磷條件下G.mosseae和G.coronatum對根系的侵染率分別處在60%—74%和35%—58%之間(圖1)。

表2表明：多元方差分析模型適用于該研究(Plt;0.001)，土壤磷對幼苗生長的主效應不顯著，AM真菌對小馬鞍羊蹄甲幼苗生長的主效應顯著，磷和AM對幼苗生長交互作用影響不明顯。

2.2 不同磷條件下接種AM真菌對小馬鞍羊蹄甲幼苗生長的動態(tài)影響

不同土壤磷條件下，接種G.mosseae或G.coronatum對幼苗的根系生長都有顯著促進作用，菌根對86d和104d的幼苗的促進作用明顯高于48d的幼苗。由圖2可見，48d的幼苗在HPGm處理下，根長比LPCK處理增加了57%，在HPGc處理下，根長比LPCK處理增加了8%；86d的幼苗，LPGm處理下根長比LPGc處理增加了33%，且LPGm和LPGc處理的根長分別比LPCK處理增加了104%和53%，HPGm處理的根長比HPGc處理增加了43%，且HPGm和HPGc處理的根長分別比HPCK處理增加了131%和62%；104d的幼苗，LPGm處理下根長比LPGc處理增加了15%，且在LPGm和LPGc處理下，根長分別比LPCK處理增加了77%和55%，HPGm處理的根長比HPGc處理增加了10%，且在HPGm和HPGc處理下，根長分別比HPCK處理增加了89%和72%。另外，在3個苗齡階段，幼苗在HPCK處理下，根長分別比LPCK處理增加了15%、13%和16%，在HPGm處理下，根長分別比LPGc處理增加了36%、29%和24%，在HPGc處理下，根長分別比LPGc處理增加了12%、20%和29%。

表2不同磷條件下AM真菌對小馬鞍羊蹄甲幼苗生長影響的多元方差分析

Table2MultivariateanalysisofvarianceoneffectsofAMfungiongrowthcharacteristicofB.faberiseedlingsunderdifferentsoilphorsphorus

效應EffectTWilks'lambdaTvalue假設檢驗自由度HypothesisdfdfF顯著性Sig.截距Intercept0.0048.00011.000355.3000.000***磷肥Pfertilizer0.4428.00011.0001.7350.195菌種AMfungi0.01216.00022.00011.2820.000***磷肥×菌種P×AM0.22816.00022.0001.5060.184

***代表0.1%水平上的差異顯著性

圖1 生長季內(nèi)不同磷和AM菌種侵染下的小馬鞍羊蹄甲幼苗根系的菌根侵染率Fig.1 Change in infection frequency of B. faberi seedlings differing in mycorrhizal status and soil AP concentration in growing seasonLPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G. coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G. mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G. coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G. mosseae處理; 不同小寫字母表示在0. 05 水平上差異顯著

圖2 生長季內(nèi)不同磷條件下小馬鞍羊蹄甲幼苗根長隨接種AM真菌的變化Fig.2 Change in total root length of B. faberi seedlings inoculated with two AM fungi differing in soil AP concentration during one growing seasonLPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G. coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G. mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G. coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G. mosseae處理

不同土壤磷條件下，接種G.mosseae或G.coronatum對幼苗的葉片數(shù)量都有顯著增加作用，菌根對86d和104d的幼苗的促進作用明顯高于48d的幼苗。由圖3可見，48d的幼苗在HPGm處理下，葉片數(shù)比LPCK處理增加了281%，在HPGc處理下，葉片數(shù)比LPCK處理增加了17%；86d的幼苗，LPGm處理下葉片數(shù)比LPGc處理增加了15%，且LPGm和LPGc處理的葉片數(shù)分別比LPCK處理增加了533%和450%，HPGm處理的葉片數(shù)比HPGc處理增加了54%，且HPGm和HPGc處理的葉片數(shù)分別比HPCK處理增加了433%和247%；104d的幼苗，LPGm處理下葉片數(shù)比LPGc處理增加了29%，且在LPGm和LPGc處理下，葉片數(shù)分別比LPCK處理增加了471%和373%，HPGm處理的葉片數(shù)比HPGc處理增加了5%，且在HPGm和HPGc處理下，葉片數(shù)分別比HPCK處理增加了461%和433%。另外，在3個苗齡階段，幼苗在HPCK處理下，葉片數(shù)分別比LPCK處理增加了17%、25%和10%，在HPGm處理下，葉片數(shù)分別比LPGc處理增加了205%、5%和8%，在HPGc處理下，葉片數(shù)分別比LPGc處理增加了30%、-21%和24%。

不同土壤磷條件下，接種G.mosseae或G.coronatum對植株生物量均有明顯的提高作用，菌根對86d和104d的幼苗的促進作用明顯高于48d的幼苗。由圖4可知，48d的幼苗在HPGm處理下，生物量比LPCK處理增加了156%，在HPGc處理下，生物量比LPCK處理增加了22%；86d的幼苗在LPGm處理下，生物量比LPGc處理增加了12%，且在LPGm和LPGc處理下，生物量分別比LPCK處理增加了19%和6%，HPGm處理的生物量比HPGc處理增加了7%，且在HPGm和HPGc處理下，生物量分別比HPCK處理增加了36%和27%；104d的幼苗在LPGm處理下，生物量比LPGc處理增加了15%，且在LPGm和LPGc處理下，生物量分別比LPCK處理增加了45%和26%，HPGm處理的生物量比HPGc處理增加了23%，且在HPGm和HPGc處理下，生物量分別比HPCK處理增加了68%和37%。另外，在3個苗齡階段，幼苗在HPCK處理下，生物量分別比LPCK處理增加了22%、3%和15%，在HPGm處理下，生物量分別較LPGm處理增加了36%、29%和24%，在HPGc處理下，生物量分別較LPGc處理增加了12%、20%和29%。

圖3 生長季內(nèi)不同磷條件下小馬鞍羊蹄甲幼苗葉片數(shù)隨接種AM真菌的變化Fig.3 Change in leaf number of B. faberi seedlings inoculated with two AM fungi differing in soil AP concentration during one growing seasonLPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G. coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G. mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G. coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G. mosseae處理

圖4 生長季內(nèi)不同磷條件下小馬鞍羊蹄甲幼苗總生物量隨接種AM真菌的變化Fig.4 Change in total biomass of B. faberi seedlings inoculated with two AM fungi differing in soil AP concentration during one growing seasonLPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G. coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G. mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G. coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G. mosseae處理

2.3 不同磷條件下接種AM真菌對小馬鞍羊蹄甲幼苗生物量積累與分配的影響

由表3可知，接種AM真菌對幼苗的生物量積累及分配有顯著影響(Plt;0.05)，但土壤磷素對幼苗生物量積累及分配的影響不顯著(Pgt;0.05)，且磷和AM真菌處理交互作用顯著(Plt;0.05)。在LPGm處理下，幼苗的總生物量、葉生物量、莖生物量和細根生物量分別比LPGc處理增加了15%、131%、98%和21%，且地上生物量增加了111%而下地生物量下降了28%，LPGm處理下葉片質(zhì)量分數(shù)從12%增加到24%，比LPCK處理增加了149%；在HPGm處理下，幼苗的總生物量、葉生物量、莖生物量和細根生物量分別比HPGc處理增加了23%、33%、17%和27%，且地上部生物量增加了25%而地下部生物量下降了21%，HPGm處理下葉片質(zhì)量分數(shù)從26%增加到29%，比HPCK處理增加了87%。

表3 不同處理小馬鞍羊蹄甲幼苗生物量在各器官中的積累與分配

LPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G.coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G.mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G.coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G.mosseae處理; *代表5%水平上的差異顯著性

2.4 相關(guān)性分析

AM真菌侵染率與小馬鞍羊蹄甲生長參數(shù)的相關(guān)性十分明顯(表4)。侵染率與基莖、莖總長、株高、葉片數(shù)、總生物量等參數(shù)呈顯著正相關(guān)，而與根莖比顯著負相關(guān)，與細根長負相關(guān)但不顯著；小馬鞍羊蹄甲幼苗的根莖比和基莖、莖總廠、株高、葉片數(shù)顯著負相關(guān)；小馬鞍羊蹄甲幼苗的總生物量與基莖、莖總廠、株高、葉片數(shù)顯著正相關(guān)，與葉片數(shù)正相關(guān)。

表4 不同處理小馬鞍羊蹄甲幼苗生長參數(shù)和侵染率的相關(guān)關(guān)系

*，**分別代表5%、1%水平的差異顯著性

3 討論

土壤水分和有效磷是干旱生態(tài)系統(tǒng)植被恢復的關(guān)鍵限制性資源[16- 17]，并在空間和時間分布上具有強烈的異質(zhì)性[11,18]。小馬鞍羊蹄甲作為岷江干旱河谷一種優(yōu)勢鄉(xiāng)土豆科灌木，其植被生長和空間格局必然受到土壤干旱脅迫和磷分缺乏的共同限制,。同時，AM真菌作為直接聯(lián)系土壤和植物根系的一類微生物，AM真菌與植物共生可以改善植物的磷營養(yǎng)，增強植物抵御干旱的危害，提高植物在逆境中的生存能力[19]。因此，需要深入認識干旱缺磷條件下接種AM真菌對優(yōu)勢灌木幼苗更新和生長的影響過程。本文應用盆栽試驗研究了目標恢復物種(target species)——小馬鞍羊蹄甲幼苗在干旱和缺磷條件下接種兩種干旱區(qū)豆科灌木優(yōu)勢AM真菌(G.mosseae和G.coronatum)對其幼苗生長動態(tài)的影響。試驗中，當年生幼苗株高在6—25 cm之間，單株生物量為0.1—0.5 mg，幼苗表現(xiàn)出一定的死亡率，多元方差分析結(jié)果表明，土壤有效磷和AM真菌對幼苗生長的交互作用明顯，即不同土壤磷條件下幼苗接種AM真菌對生物量積累及分配有顯著影響(表3)。以上結(jié)果證明了干旱河谷惡劣的水分和養(yǎng)分脅迫嚴重限制了幼苗的定植和生長，也證實小馬鞍羊蹄甲具有較強的適應本地嚴酷環(huán)境的適應能力，具備了選作干旱河谷植被恢復物種的潛力。因此，在岷江干旱河谷缺水少磷的自然環(huán)境中，研究小馬鞍羊蹄甲幼苗生長在不同土壤磷素條件下對接種不同AM真菌的響應，可以加深理解小馬鞍羊蹄甲種群的自然恢復機制，同時為人工恢復提供技術(shù)支撐。

本研究表明G.mosseae和G.coronatum能較好地侵染小馬鞍羊蹄甲幼苗根系。試驗中，G.mosseae和G.coronatum在不同苗齡時均可有效侵染小馬鞍羊蹄甲幼苗，即便在土壤磷素極低條件下，G.mosseae對小馬鞍羊蹄甲幼苗根系的侵染率區(qū)間亦達到51%—71%，G.coronatum對幼苗的侵染率為30%—310%，而在高磷條件下，G.mosseae對小馬鞍羊蹄甲幼苗根系的侵染率為60%—74%，G.coronatum的侵染率為35%—58%，可見土壤極低磷和高磷條件下，AM真菌對小馬鞍羊蹄甲根系的侵染差別不大。這一結(jié)果表明兩種AM真菌都能有效地侵染小馬鞍羊蹄甲幼苗根系，侵染率差異不明顯則表明土壤磷素對AM真菌侵染小馬鞍羊蹄甲幼苗的影響較弱(圖1)。這與附近區(qū)域的野外調(diào)查分析結(jié)果一致，蔡曉布等[20]調(diào)查分析了環(huán)境因子對西藏高原草地植物AM真菌的影響，發(fā)現(xiàn)土壤有效磷在≤24 mg/kg范圍內(nèi)，AM真菌侵染率和土壤有效磷幾乎沒有相關(guān)性。但在土壤磷極低條件下，接種AM真菌的小馬鞍羊蹄甲幼苗表現(xiàn)出的菌根效應較高磷條件下的幼苗所表現(xiàn)出的菌根效應明顯增大，這可能是由于侵染率的提高可以顯著增加植物根系從土壤中獲取水分和磷素的能力[21- 23]，因為大量研究表明，干旱條件下接種AM真菌能提高幼苗和植被吸收利用難移動的和易移動土壤養(yǎng)分元素[24- 25]。所以，在土壤磷素缺乏的岷江干旱環(huán)境中，為幼苗接種AM真菌是一種緩解多元資源限制的有效措施。

圖5 生長季內(nèi)不同磷和AM真菌侵染條件下的小馬鞍羊蹄甲幼苗生長的菌根效應Fig.5 Change in mycorrhizal growth response of B. faberi seedlings differing in mycorrhizal status and soil AP concentration during one growing seasonLPCK: 低磷處理；LPGc: 低磷+接種G. coronatum處理；LPGm: 低磷+接種G. mosseae處理; HPCK: 高磷處理; HPGc: 高磷+接種G. coronatum處理; HPGm: 高磷+接種G. mosseae處理; 不同小寫字母表示在0. 05 水平上差異顯著

AM真菌侵染小馬鞍羊蹄甲幼苗根系后，AM真菌的菌根效應明顯，G.mosseae產(chǎn)生的菌根效應顯著高于G.coronatum，這暗示前者是小馬鞍羊蹄甲的優(yōu)勢共生AM菌種。實際上，G.mosseae適應范圍較廣[26]，共生植物較副冠球囊霉屬多，本研究結(jié)果也與秦曉峰[27]的野外調(diào)查結(jié)果一致。另外，小馬鞍羊蹄甲幼苗在不同苗齡時對AM真菌的響應有明顯差異。在48d和86d苗齡時，無論土壤磷條件如何，兩種AM真菌的菌根效應相差不明顯，比如，在土壤極低磷條件下，G.mosseae侵染后，48d的幼苗菌根效應變動范圍為26%—30%，86d的幼苗菌根效應約為6%，在土壤高磷條件下，G.mosseae侵染后，48d的幼苗菌根效應變動范圍為16%—17%，G.coronatum侵染后菌根效應在2%—4%內(nèi)波動，但生長季末(即苗齡104d)G.mosseae和G.coronatum侵染后表現(xiàn)出的菌根效應顯著高于前2兩個階段的幼苗(圖5)。

干旱環(huán)境中，在不同土壤磷條件下，接種AM真菌能緩解磷限制和顯著促進幼苗生長，增加其環(huán)境適應性。LPCK處理下，幼苗根長、葉片數(shù)量和總生物量分別為HPCK處理的87%、91%和85%(圖2—圖4)，這一結(jié)果表明小馬鞍羊蹄甲幼苗在生長季內(nèi)明顯受到土壤磷素的強烈限制，但是LPCK和HPCK處理下的幼苗根長、葉片數(shù)、葉生物量、莖生物量、細根生物量和總生物量明顯小于接種AM真菌幼苗，這又說明接種AM真菌能有緩解土壤磷素缺乏的限制作用，并且隨著苗齡增大促生作用表現(xiàn)更為明顯，蔡曉布等[20]和張燕等[28]也得到了類似研究結(jié)果。接種G.mosseae和G.coronatum顯著提高小馬鞍羊蹄甲幼苗的總生物量積累(分別增加了地上生物量和地下生物量)的同時，明顯增加了地上生物量在總生物量中的分配比例，降低了幼苗的根莖比，這表明AM真菌對小馬鞍羊蹄甲地上部生長的促進作用較根系更為強烈，幼苗葉片數(shù)與AM真菌侵染率呈顯著正相關(guān)而與根莖比呈顯著負相關(guān)也表明了這一結(jié)果(表4)?？梢姡臃NAM真菌既能滿足幼苗生長對磷素的需要，又可提高幼苗的光合作用面積和光合效率，從而在一定程度上緩解養(yǎng)分脅迫，反過來又促進幼苗生長。因此，生物修復是干旱生態(tài)系統(tǒng)植被恢復與重建的最為有效手段之一[29- 30]。研究表明在干旱河谷調(diào)查土壤AM真菌時發(fā)現(xiàn)該區(qū)域植被被球囊霉屬AM真菌普遍侵染，AM侵染率高達92%，球囊霉屬占所有AM真菌種類的74%[31]，實際上，自然恢復過程中橫斷山區(qū)干旱河谷植被本身具有很高的AM真菌生物多樣性和AM真菌侵染率[32- 34]，盆栽試驗結(jié)果和野外調(diào)查表明應用AM真菌進行植被恢復具有現(xiàn)實意義。

在干旱脅迫和磷限制環(huán)境中，兩種AM菌種對生長效應表現(xiàn)出差異性是在沙土盆栽試驗條件下獲得的，鄉(xiāng)土目標恢復物種僅為小馬鞍羊蹄甲一種，觀察時間僅為一個生長季，因此，在將AM真菌用于研究區(qū)域植被恢復時，有必要進一步在原土栽培條件下，尤其是野外環(huán)境中開展較長時間的生長狀況監(jiān)測，定量研究植物生長、土壤養(yǎng)分和AM真菌之間的相互作用，深入揭示AM真菌對土壤—植被系統(tǒng)恢復的作用方式，從而提高多元資源限制環(huán)境中植被恢復效率。

致謝：感謝李芳蘭、田宜水、陳羚等對論文寫作和修改的幫助。

[1] Pennisi E. The secret life of fungi. Science, 2004, 304(5677): 1620- 1622.

[2] Smith S E, Read D J. Mycorrhizal Symbiosis. 3rd ed. London: Academic, 2008: 105- 109.

[3] Closa I, Goicoeche N. Infectivity of arbuscular mycorrhizal fungi in naturally regenerating, unmanaged and clear-cut beech forests. Pedosphere, 2011, 21(1): 65- 74.

[4] Liang Y, Guo L H, Ma K P. The role of mycorrhizal fungi in ecosystems. Acta Phytoecologica Sinica, 2002, 26(6): 739- 745.

[5] Jeffries P, Gianinazzi S, Perotto S, Turnau K, Barea J M. The contribution of arbuscular mycorrhizal fungi in sustainable maintenance of plant health and soil fertility. Biology and Fertility of Soils, 2003, 37(1): 1- 16.

[6] Dhillion S S, Gardsjord T L. Arbuscular mycorrhizas influence plant diversity, productivity, and nutrients in boreal grasslands. Canadian Journal of Botany, 2004, 82(1): 104- 114.

[7] Wu F Z, Bao W K, Wu N. Growth, accumulation and partitioning of biomass, C, N and P Sophora davidii seedlings in response to N supply in dry valley of upper Minjiang River. Acta Ecologica Sinica, 2008, 28(8): 3817- 3824.

[8] Li F L, Bao W K, Wu N, You C. Growth, biomass partitioning, and water-use efficiency of a leguminous shrub (Bauhiniafaberivar.micophylla) in response to various water availabilities. New Forests, 2008, 36(1): 53- 65.

[9] Liu R J, Liu P Q, Xu K, Lü Z F. Ecological distribution of arbuscular mycorrhizal fungi in saline alkaline soils of China. Chinese Journal of Applied Ecology, 1999, 10(6): 721- 724.

[10] Shi Z Y, Gao S C, Wang F Y. Biodiversity of arbuscular mycorrhizal fungi in desert ecosystems. Arid Zone Research, 2008, 11(6): 783- 789.

[11] Song C J, Ma K M, Fu B J, Qu L Y, Liu Y, Zhong J F. Influence of soil moisture, nitrogen and phosphorus contents onBauhiniafaberiseedlings growth characteristics in arid valley of Minjiang River. Chinese Journal of Applied Ecology, 2009, 20(8): 1797- 1804.

[12] Song C J, Ma K M, Qu L Y, Liu Y, Xu X L, Fu B J, Zhong J F. Interactive effects of water, nitrogen and phosphorus on the growth, biomass partitioning and water-use efficiency ofBauhiniafaberiseedlings. Journal of Arid Environment, 2010, 74(9): 1003- 1012.

[13] Phillips J M, Hayman D S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular-arbuscular mycorrhizal fungi for rapid assessment of infection. Transactions of the British Mycological Society, 1970, 55(1): 158- 160.

[14] Trouvelot A, Kough J L, Gianinazzi-Pearson V.MesuredutauxdemycorhizationVAd′unsystème radiculaire. Recherche de méthodes d′estimation ayant une signification fonctionelle // Gianinazzi-Pearson V, Gianinazzi S, eds. “Physiological and genetical aspects of mycorrhizae”. Paris: INRA, 1985: 217- 221.

[15] Cavagnaro T R, Smith F A, Ayling S M, Smith S E. Growth and phosphorus nutrition of a Paris-type arbuscular mycorrhizal symbiosis. New Phytologist, 2003, 157(1): 127- 134.

[16] James J J, Tiller R L, Richards J H. Multiple resources limit plant growth and function in a saline-alkaline desert community. Journal of Ecology, 2005, 93(1): 113- 126.

[17] Song C J, Ma K M, Fu B J, Qu L Y, Xu X L, Liu Y, Zhong J F. Distribution patterns of shrubby N-fixers and non-N fixers in an arid valley in Southwest China: implications for ecological restoration. Ecological Research, 2010, 25(3): 553- 564.

[18] Xu X L, Ma K M, Fu B J, Song C J, Liu W. Relationships between vegetation and soil and topography in a dry-warm river valley, SW China. Catena, 2008, 75(2): 138- 145.

[19] Peng S L, Shen H, Yuan J J, Wei C F, Guo T. Impacts of arbuscular mycorrhizal fungi on soil aggregation dynamics of neutral purple soil. Acta Ecologica Sinica, 2011, 31(2): 498- 505.

[20] Cai X B, Qian C, Peng Y L, Feng G, Gai J P. Effects of environmental factors on AM fungi around steppe plant roots in Tibet Plateau. Chinese Journal of Applied Ecology, 2005, 16(5): 859- 864.

[21] Colpaert J V, van Tichelen K K, van Assche J A, van Laere A. Short-term phosphorus uptake rates in mycorrhizal and non-mycorrhizal roots of intactPinussylvestrisseedlings. New Phytologist, 1999, 143(3): 589- 597.

[22] Augé R M. Arbuscular mycorrhizae and soil/plant water relations. Canadian Journal of Soil Science, 2004, 84(4): 373- 381.

[23] Zhu X C, Song F B, Liu S Q, Liu T D, Zhou X. Arbuscular mycorrhizae improves photosynthesis and water status ofZeamaysL. under drought stress. Plant Soil and Environment, 2012, 58(4): 186- 191.

[24] Rowe H I, Brown C S, Claassen V P. Comparisons of mycorrhizal responsiveness with field soil and commercial inoculum for six native montane species andBromustectorum. Restoration Ecology, 2007, 15(1): 44- 52.

[25] Smith S E, Facelli E, Pope S, Smith F A. Plant performance in stressful environments: interpreting new and established knowledge of the roles of arbuscular mycorrhizas. Plant and Soil, 2010, 326(1/2): 3- 20.

[26] Zhao H M. On ecological distribution of arbuscular mycorrhizal fungi. Journal of Heze University, 2007, 29(5): 87- 90.

[27] Qin X F. Survey of VA mycorrhizal fungi of several xerophytes in Dingxi. Gansu Science and Technology, 2007, 23(5): 205- 207.

[28] Zhang Y, Guo L D, Liu R J. Diversity and ecology of arbuscular mycorrhizal fungi in Dujiangyan. Acta Phytoecologica Sinica, 2003, 27(4): 537- 544.

[29] Lin X M, Li Z Q, Han D J, Hou J. Mycorrhiza and restoration of vegetation. Agricultural Research in the Arid Areas, 2003, 21(2): 167- 170.

[30] de Deyn G B, Raaljmakers C E, Zoomer H R, Berg M P, de Ruiter P C, Verhoef H A, Bezemer T M, van der Putten W H. Soil invertebrate fauna enhances grassland succession and diversity. Nature, 2003, 422(6933): 711- 713.

[31] Zhang Y, Li J, Yao Q, Chen J Z, Hu Y L, Liu X Y, Huang Y J. Effects of arbuscular mycorrhizal fungi on growth and nutrient uptake ofEriobotryajaponicaplants under different water regimes. Acta Horticulturae Sinica, 2012, 39(4): 757- 762.

[32] Liang Y, Guo L D, Ma K P. Spatial pattern of the most common late-stage ectomycorrhizal fungi in a subtropical forest in Dujiangyan, Southwest of China. Acta Botanica Sinica, 2004, 46(1): 29- 34.

[33] Li T, Li J P, Zhao Z W. Arbuscular mycorrhizas in a valley-type savanna in southwest China. Mycorrhiza, 2004, 14(5): 323- 327.

[34] Gai J P, Feng G, Cai X B, Christie P, Li X L. A preliminary survey of the arbuscular mycorrhizal status of grassland plants in southern Tibet. Mycorrhiza, 2006, 16(3): 191- 196.

參考文獻:

[4] 梁宇, 郭良棟, 馬克平. 菌根真菌在生態(tài)系統(tǒng)中的作用. 植物生態(tài)學報, 2002, 26(6): 739- 745.

[7] 吳福忠, 包維楷, 吳寧. 外源施氮對干旱河谷白刺花(Sophoradavidii)、幼苗生長、生物量及C、N、P積累與分配的影響. 生態(tài)學報, 2008, 28(8): 3817- 3821.

[9] 劉潤進, 劉鵬起, 徐坤, 呂志范. 中國鹽堿土壤中AM菌的生態(tài)分布. 應用生態(tài)學報, 1999, 10(6): 721- 724.

[10] 石兆勇, 高雙成, 王發(fā)園. 荒漠生態(tài)系統(tǒng)中叢枝菌根真菌多樣性. 干旱區(qū)研究, 2008, 25(6): 783- 789.

[11] 宋成軍, 馬克明, 傅伯杰, 曲來葉, 劉揚, 鐘劍飛. 岷江干旱河谷土壤水、氮和磷對小馬鞍羊蹄甲幼苗生長的影響. 應用生態(tài)學報, 2009, 20(8): 1797- 1804.

[19] 彭思利, 申鴻, 袁俊吉, 魏朝富, 郭濤. 叢枝菌根真菌對中性紫色土土壤團聚體特征的影響. 生態(tài)學報, 2011, 31(2): 498- 505.

[20] 蔡曉布, 錢成, 彭岳林, 馮固, 蓋京平. 環(huán)境因子對西藏高原草地植物叢枝菌根的影響. 應用生態(tài)學報, 2005, 16(5): 859- 864.

[26] 趙慧敏. 叢枝菌根真菌的生態(tài)分布. 菏澤學院學報, 2007, 29(5): 87- 90.

[27] 秦曉峰. 定西幾種旱生植物VA菌根真菌調(diào)查. 甘肅科技, 2007, 23(5): 205- 207.

[28] 張英, 郭良棟, 劉潤進. 都江堰地區(qū)叢枝菌根真菌多樣性與生態(tài)研究. 植物生態(tài)學報, 2003, 27(4): 537- 544.

[29] 林曉民, 李振岐, 韓德俊, 侯軍. 菌根與植被恢復. 干旱地區(qū)農(nóng)業(yè)研究, 2003, 21(2): 167- 170.

[31] 張燕, 李娟, 姚青, 陳杰忠, 胡又厘, 劉翔宇, 黃永敬. 叢枝菌根真菌對水分脅迫下枇杷實生苗生長和養(yǎng)分吸收的影響. 園藝學報, 2012, 39(4): 757- 762.

ImpactsofarbuscularmycorrhizalfungiandphosphorusongrowthdynamicsofBauhiniafaberiseedlings

SONG Chengjun1, QU Laiye2, MA Keming2,*, FU Bojie2,CHEN Ling1

1KeyLaboratoryOfEnergyResourceUtilizationFromAgriculturalResidues(MOA),InstituteofEnergyandEnvironmentalProtection,ChineseAcademyofAgricultureEngineering,Beijing100125,China2ResearchCentreofEco-environmental,ChineseAcademyofSciences,Beijing100041,China

Arbuscular mycorrhizal (AM) fungi play key roles in ecological restoration and ecological reconstruction of degraded ecosystems in arid and semi-arid lands. Based on the previous results of limiting soil moisture and soil available phosphorus (AP) deficit in the arid valley of Mingjiang River, which is one of the main branches of Yangtze River and located in the north of the Hengduan Mountain Systems, a full factorial and completely random pot experiment in a greenhouse was designed and conducted to understand the influence of two AM fungi (GlomusmosseaeandGlomuscoronatum) on dynamics ofBauhiniafaberiseedling growth. We calculated biomass production and its partitioning, inoculation rate, and mycorrhizal growth response (MGR) across one growth season with two soil AP concentration (P1:6.0 and P2: 24.0 mg P/kg soil). The following results were obtained: (1) Irrespective of both low and high soil AP concentration (6.0 mg/kg and 24.0 mg P /kg soil ), both AM fungi could well colonized root ofB.faberiseedlings. Under two soil AP conditions, growth promotion effects on seedling root, leaf number and biomass production were significantly increased marked when inoculatingB. faberi seedling roots with both AM fungi (G.mosseaeorG.coronatum); (2) inoculation withG.mosseaeorG.coronatumon seedling root significantly impacted on root biomass accumulation and its partitioning (Plt;0.05). However, soil AP did a little effect on biomass accumulation and its partitioning (Pgt; 0.05), the coupling interaction between inoculated with AM fungi and soil AP was obvious (Plt;0.05) by multivariate analysis of variance (MANOVA); (3) The inoculation rate ofG.mosseaeranged from 51% to 71% under low soil AP condition and ranged from 60% to 74% under high soil AP condition, the inoculation rate ofG.coronatumdid from 30% to 31% under low soil AP condition and from 35% to 58% under high soil AP condition. Therefore, seedling inoculated withG.mosseaehad absolutely higher the root length, leaf number, total biomass, inoculation rate, and MGR than those of seedlings inoculated withG.coronatum. The result suggested thatG.mosseaeis the more appropriate host forB.faberiin poor arid environment; (4) MGR ofG.mosseaeandG.coronatumwas marked increasing, Inoculation with AM fungi can decrease the limiting strengthen of soil AP. Moreover, the extent with age of seedlings (both 48 and 86 day) was apparently more stronger than those seedlings of 104 day. However, no significant higher of inoculation rates for both AM fungi under 6.0 and 24.0 mg P/kg soil condition demonstrated that the impacts of soil AP on inoculation rate of AM fungi was weakly. The different abilities of both AM fungi (G.mosseaeorG.coronatum) could improve growth onB.faberiseedling, which indicated that it is important and necessary to select beneficial AM fungi for vegetation restoration practice in multi-resource limiting regions.

degraded ecosystem; arbuscular mycorrhizal fungi; multi-resource limitation; growth dynamics; vegetation restoration

國家自然科學基金資助項目(41101270，31170581)

2013- 06- 06;

2013- 07- 23

*通訊作者Corresponding author.E-mail: mkm@rcees.ac.cn

10.5846/stxb201306061367

宋成軍，曲來葉，馬克明，傅伯杰，陳羚.AM真菌和磷對小馬安羊蹄甲幼苗生長的影響.生態(tài)學報,2013,33(19):6121- 6128.

Song C J, Qu L Y, Ma K M, Fu B J,Chen L.Impacts of arbuscular mycorrhizal fungi and phosphorus on growth dynamics ofBauhiniafaberiseedlings .Acta Ecologica Sinica,2013,33(19):6121- 6128.