不同AMF菌劑對白三葉草坪的扶壯作用

王 立，徐亞男，馬 放，張淑娟，張 雪，李 哲

(哈爾濱工業(yè)大學(xué)城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室，150090哈爾濱)

叢枝菌根(Arbuscular mycorrhiza，AM)是自然界中普遍存在的叢枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi，AMF)和植物形成的互惠互利共生體，世界上90%以上的植物種類都能形成AM［1］.絕大多數(shù)維管植物理論上都可以用作AMF菌劑生產(chǎn)的宿主植物，如高粱、洋蔥、大麥、玉米、苜蓿、三葉草、花生、棉花、蘆筍、百喜草、蘇丹草等［2］，AMF能促進宿主對土壤中礦質(zhì)元素磷、氮、鉀、銅、鋅等的吸收，提高宿主根系對根部病菌的抵抗力，增強植物對干旱、高溫、重金屬的抗性，促進宿主植物的生長［3］，廣泛應(yīng)用于農(nóng)牧、園藝［4］、林木［5-6］、藥材［7－8］、土壤修復(fù)［9-11］等方面，依托AMF的優(yōu)良特性，作為草坪草養(yǎng)護管理的微生物菌劑，具有廣闊的應(yīng)用前景.

白三葉草的葉色、花色美觀，綠色期極長，可連續(xù)利用6～7年甚至10年，是優(yōu)良的綠化觀賞草坪種.其根系具有很強的分蘗能力和再生能力，側(cè)根密集，蓄水保土作用明顯，適宜在坡地、堤壩湖岸種植，防止水土流失.但其對營養(yǎng)物質(zhì)要求較高，需在扶壯過程中追施氮、磷等化學(xué)肥料［12］，一方面增加養(yǎng)護難度和費用，另一方面極易造成面源污染，影響生態(tài)環(huán)境質(zhì)量，成為白三葉草坪應(yīng)用推廣的限制因素.針對這一問題，選用摩西球囊霉(Glomusmosseae)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices)兩種性能優(yōu)越的土著廣適菌種，分別探討單獨施加和混合施加與白三葉草的共生關(guān)系，以及AMF菌劑對白三葉草的生長效應(yīng)與營養(yǎng)吸收的促進作用，得到有效促進白三葉草坪生長的最佳AMF菌劑，為以后菌劑在白三葉草坪養(yǎng)護、管理中的應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 試驗

1.1 材料

試驗地點設(shè)在城市水資源與水環(huán)境國家重點實驗室實驗田.位于黑龍江省雙城市前進鄉(xiāng)的大田試驗基地(E:125°41'－126°42'，N:45°08'－45°43');土壤中水解性氮質(zhì)量分?jǐn)?shù)為108.22mg/kg，有效磷424.77mg/kg;試驗所用AMF菌劑為摩西球囊霉(Glomus mosseae，GM)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices，GI)和兩種菌劑的混合菌(GM+GI);受試草坪草宿主為白三葉草(Trifolium repens).

1.2 試驗田設(shè)計

小區(qū)均為邊長8m的正方形，面積為64m2，于小區(qū)中間6×6=36m2內(nèi)的正方形中進行實驗設(shè)置，最外圍2m為保護區(qū)及保護行，每塊試驗田均為邊長6m、深度20cm的立方體，實驗前于底部鋪設(shè)1cm厚細沙，覆安全網(wǎng)(既可以滲水又可用于阻斷試驗土壤與自然土壤的接觸，且方便滅菌)，覆土.

1.3 試驗方法

1.3.1 大田滅菌

每平方米土壤施用150mL福爾馬林(每塊試驗區(qū)施加150×6×6=5400mL)，拌勻，蓋膜，連續(xù)每天采集土樣，采用平板計數(shù)法，分別使用孟加拉紅培養(yǎng)基和普通培養(yǎng)基培養(yǎng)真菌和細菌，直至真菌基本不長、細菌少量存活時揭膜，7d后待福爾馬林揮發(fā)盡后播種.

1.3.2 AMF接種方法

采用條播的方法于土壤中接種AMF菌劑(每垅30g)及白三葉草種子，每個小區(qū)20垅，播種間距1cm，實驗田的設(shè)置分別為:不接菌，接種GM、GI，兩種菌的混合菌(GM+GI)，每個處理3個重復(fù).

1.3.3 菌根依賴性計算

接種70 d后，從每塊試驗田隨機抽取20株，于每株苗上隨機剪取5條營養(yǎng)根，并剪為2 cm長的根段，混勻，從中揀取 60段，應(yīng)用酸性品紅染色法進行染色，在高倍光學(xué)顯微鏡下檢驗菌根侵染情況，得到侵染率.AMF侵染率=(侵染根段數(shù)/觀察根段數(shù))×100%.

植物的地上菌根依賴指數(shù)IMPD(Mycorthizal Plant Dependence)、地下菌根依賴指數(shù)IMFD(Mycorthizal Foot Dependence)及植物菌根依賴指數(shù)IMD(Mycorthizal Dependence)計算如下:

IMD=(施加菌劑后的植株總生物量/不施加菌劑時植株總生物量)×100%;

IMPD=(施加菌劑后的植株地上生物量/不施加菌劑時植株地上生物量)×100%;

IMFD=(施加菌劑后的植株地下生物量/不施加菌劑時植株地下生物量)×100%.

根據(jù)Nemec［13］的分類方法，將植物對菌根的依賴度分為3級，菌根依賴指數(shù)IMD=300%時為高強度依賴性，IMD=200%時為中等強度依賴性，IMD=100%時為弱依賴性或無依賴性.

1.3.4 AMF對植物生長的影響

分別測量不同接菌處理時白三葉草的株高、地上及地下生物量，并與空白試驗作對比，闡述AMF對植物生長的影響，計算植物菌根依賴指數(shù).

1.3.5 AMF對根際土壤營養(yǎng)元素的影響

采用堿解－擴散和碳酸氫鈉法分別對根際土壤中的水解性氮、有效磷進行測定，并計算利用率，以空白對照(CK)的利用率為100%.

菌劑處理后植物對根際土壤中水解性氮的利用率=［(不施加菌劑時根際水解性氮含量－施加菌劑后根際水解性氮含量)/不施加菌劑時根際水解性氮含量×100%］+100;

菌劑處理后植物對根際土壤中有效磷的利用率=［(不施加菌劑時根際有效磷含量－施加菌劑后根際有效磷含量)/不施加菌劑時根際有效磷含量×100%］+100.

1.4 數(shù)據(jù)分析

試驗數(shù)據(jù)采用Spss17.0進行單因素ANOVA統(tǒng)計分析.

2 結(jié)果與分析

2.1 菌根依賴性研究

植物菌根依賴性是判斷植物對AMF的依賴程度及AMF對植物促進效果的重要指標(biāo).實驗表明，選用的兩種AMF均能有效侵染白三葉草，形成菌根共生體，但不同菌劑對白三葉草的侵染率不同(圖1).

圖1 AMF對白三葉草的侵染效果

自然條件下，不施加菌劑的處理(CK)中，AMF的侵染率很低(2.09%).與CK相比，施加菌劑可顯著提高AMF對白三葉草的侵染作用(P＜0.05).其中，摩西球囊霉對白三葉草的侵染效果最優(yōu)，侵染率可達53.84%，顯著高于根內(nèi)球囊霉的侵染率(22.37%)(P＜0.05).兩種菌劑混合施加的侵染效果居中(侵染率28.78%)，顯著低于摩西球囊霉的侵染率，高于根內(nèi)球囊霉，但與其差異無統(tǒng)計學(xué)意義.結(jié)果表明，摩西球囊霉對白三葉草的侵染效果最佳，單菌(GM)的侵染效果優(yōu)于混菌.

AMF對植物的侵染作用可有效改善白三葉的生長狀況，其表現(xiàn)為白三葉草不同營養(yǎng)器官(地上、地下)對AMF的菌根依賴性(圖2).

將不施加菌劑的對照處理(CK)植物的菌根依賴指數(shù)設(shè)為100%(IMD=100%)，與CK相比，施加不同菌劑可顯著提高植物的菌根依賴性(P＜0.05).其中，施加單菌時，摩西球囊霉(IMD=144%)、根內(nèi)球囊霉(IMD=162%)二者的效果相當(dāng)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義.而施加兩種菌的混合菌時明顯優(yōu)于單菌，且效果顯著(P＜0.05)(IMD=249%)，說明植物對混菌的菌根依賴性強于單菌(圖2(a)).

與對照相比，施加菌劑可顯著提高植物地上、地下部分的菌根依賴性(P＜0.05)(圖2(b)).其中，白三葉草地上部分對混菌的依賴性(IMD=308%)顯著高于對單菌的依賴性 (IMD=180%)，為高強度依賴.白三葉草地下部分對AMF菌劑的依賴性，混菌與單菌效果相當(dāng)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義.白三葉草地上部分對菌劑的依賴性最強，且明顯高于地下部分.

圖2 白三葉草的菌根及其地上、地下部分的菌根依賴性

2.2 AMF對植物生長的影響

植物株高、生物量是反應(yīng)植物生長情況的有效指標(biāo)，施加AMF可明顯促進白三葉草的營養(yǎng)生長，其株高及生物量(地上、地下)均有顯著提高，不同菌劑處理對植物生長具有不同的促進效果(圖3、4).

圖3 AMF對白三葉草株高的影響

圖4 AMF對白三葉草地上、地下生物量的影響

株高是草坪建植質(zhì)量評價的指標(biāo)之一，能夠反映草坪草的生長狀態(tài)和整齊性.白三葉草坪建植的經(jīng)驗管理高度為20 cm，超過這一高度則需要進行刈割，以避免出現(xiàn)倒伏和不整齊現(xiàn)象.在不施加菌劑(CK)時，白三葉草平均株高為(19±0.7)cm，低于刈割高度，表明無施肥管理不能滿足草坪建植要求.施加菌劑可顯著促進白三葉草的生長(P＜0.05)，且均能滿足刈割高度.其中，單獨施加摩西球囊霉(株高27±1.5 cm)和混合施加(株高27±1.0 cm)時植物的長勢相當(dāng)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義.兩種菌劑的混合施加對白三葉草的促進效果顯著高于根內(nèi)球囊霉(P＜0.05).

與不施加菌劑(CK)相比，施加菌劑后可顯著提高白三葉草地上、地下生物量(P＜0.05)，尤其是對白三葉草地上生物量的促進作用更為明顯.其中施加單菌時，摩西球囊霉和根內(nèi)球囊霉對植物地上及地下部分生物量的促進作用相當(dāng)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義.施加兩種菌的混合菌時，對白三葉草地上、地下生物量促進作用最強，顯著高于任何一種單菌(P＜0.05)，植物地上、地下生物量分別提高76.6%、35.7%.說明混菌更有效地促進白三葉草同化物質(zhì)的積累，對植物的生長更有益.

2.3 AMF對植物根際土壤氮、磷的影響

菌劑對植物生長的促進作用是通過對營養(yǎng)元素吸收利用的改善來實現(xiàn)的，施加AMF可有效增強植物對土壤中水解性氮及有效磷的吸收能力(圖5).

在不施加菌劑(CK)時，植物對根際土壤中水解性氮、有效磷的吸收率很低，植物對營養(yǎng)元素的吸收、利用效果差.施加菌劑可明顯提高白三葉草對水解性氮、有效磷的吸收能力，且效果顯著(P ＜0.05).

在促進水解性氮吸收上，單獨施加摩西球囊霉的效果(與CK相比，可提高46.47%)顯著好于根內(nèi)球囊霉(與 CK相比，可提高33.23%)(P＜0.05).而施加兩種菌的混合菌時，其效果顯著高于單菌(與 CK相比，可提高50.33%)(P＜0.05)，說明在促進白三葉草對根際土壤水解性氮吸收方面，混菌優(yōu)于單菌.

在促進有效磷吸收上，單獨施加摩西球囊霉與根內(nèi)球囊霉時的效果最好，二者效果相當(dāng)，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，植物根際土壤中的有效磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)最高，可由424.77 mg/kg降至142.17 mg/kg，對有效磷的利用率提高48%，且單菌促進效果好于混菌，二者差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.05)，說明在促進白三葉草對根際土壤中有效磷的吸收方面，單菌優(yōu)于混菌.

圖5 AMF對根際土壤中水解性氮、有效磷吸收率的促進效果

2.4 植物生長與根際土壤氮、磷的關(guān)系

為確定在施加AMF菌劑條件下，宿主植物生長與土壤養(yǎng)分的關(guān)系，對土壤中能夠被植物直接利用的主要營養(yǎng)元素(水解性氮和有效磷)的豐缺度進行了分析［14］，并對其與植物生長指標(biāo)(株高)之間的關(guān)系進行了定量分析，其結(jié)果如圖6所示.

根據(jù)第二次全國土壤普查中水解性氮與有效磷含量的分級標(biāo)準(zhǔn)可知［15-19］，黑龍江土壤屬于氮缺乏、磷盈余的土壤類型.隨著受試植物的生長，土壤中可被植物利用的活性氮水平與植物的株高有顯著的線性負相關(guān)關(guān)系.隨著植物株高的增加，植物根際土壤中殘留的水解性氮含量急劇減少，在有菌劑存在的條件下，氮元素的供給仍不能夠達到作物生長的飽和需求，成為植物生長的限制因子.

圖6 根際土壤中水解性氮、有效磷與株高的關(guān)系

氮是植物生長需要的大量元素，而我省土壤水解性氮含量本底值低、耗竭嚴(yán)重，在植物培養(yǎng)過程中需要底肥來培肥土壤，施加菌肥對植物生長有促進作用，雖能達到白三葉草坪建植的生長需要，但是在白三葉草的生長與水解性氮利用關(guān)系曲線中可以得出，植物生長元素利用尚未達到飽和臨界點，適量補充氮肥條件下，白三葉的營養(yǎng)生長尚有提高空間.

受試土壤中，速效磷水平較高，屬于磷盈余狀態(tài).植物生長株高與磷之間呈現(xiàn)飽和曲線規(guī)律，在無菌劑施加條件下，植物土壤中殘余的磷質(zhì)量分?jǐn)?shù)高達420 mg/kg，菌劑施加對植物生長的促進提高了植物對土壤中磷元素的利用效率.在土壤殘留150 mg/kg的磷營養(yǎng)水平時，即使植物進一步生長，對磷的需求也不會有太大的波動，達到飽和狀態(tài).實際生產(chǎn)過程中，施加菌劑時可滿足植物對磷的吸收利用，白三葉草坪扶壯過程中無需追施磷肥.

3 結(jié)論

1)白三葉草能與AMF形成菌根共生體.摩西球囊霉對白三葉草的侵染效果最佳，侵染率可達53.84%，優(yōu)于混菌，但是白三葉草對混菌的菌根依賴性最強，且在植物的營養(yǎng)器官中，其地上部分較地下部分對菌劑表現(xiàn)出更強的菌根依賴性.

2)施加AMF后，可明顯促進白三葉草的營養(yǎng)生長，其株高及生物量(地上、地下)均有顯著提高，混菌為最佳菌劑，株高、地上及地下生物量的扶壯率可分別增加40.7%、76.6%、35.7%.

3)施加AMF菌劑后，可明顯改善白三葉草對根際土壤中水解性氮、有效磷的利用效果.在實際生產(chǎn)過程中，可適量配施少量氮肥進行草坪扶壯管理.

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