接種AM真菌與解磷細菌對礦區(qū)復墾土壤磷形態(tài)及油菜產(chǎn)量的影響

劉 洋，洪堅平，衛(wèi) 迎

（山西農(nóng)業(yè)大學資源環(huán)境學院，山西太谷030801）

大規(guī)模的礦山開采活動導致礦區(qū)土壤貧瘠，肥力低[1-3]。如何提升礦區(qū)土壤的肥力就逐漸成為礦區(qū)土壤復墾的首要問題[4-5]。土壤中磷素含量的高低是表征土壤肥力的一個重要指標，礦區(qū)復墾土壤普遍存在磷素匱乏問題。因為磷肥施入土壤后極易轉(zhuǎn)換成難溶形態(tài)固定，明顯降低了磷肥的利用率[6]。所以，提高礦區(qū)復墾土壤中的磷素含量以及有效性是培肥復墾土壤的重要影響因素。

解磷微生物可以將土壤中難溶形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為易被植物吸收利用的形態(tài)，從而提高磷肥利用率、增加土壤中磷素的含量[7-8]。解磷細菌可以有效地提升土壤中磷素的含量，潘虹等[9]研究表明，無機解磷細菌可以提高石灰性土壤中有效磷含量。MA等[10]研究表明，AM真菌可以增加微生物活性，從而促進植物對營養(yǎng)元素的吸收和利用。畢銀麗等[11]研究表明，叢枝菌根真菌與解磷細菌聯(lián)合作用顯著地提高了土壤有效磷含量和磷肥利用率。

目前，利用Hedley磷分級方法[12]來表征不同培肥處理對復墾土壤不同形態(tài)磷組分影響的研究很少。本試驗通過盆栽試驗對礦區(qū)復墾土壤Hedley磷形態(tài)與油菜產(chǎn)量進行研究，探討接種解磷細菌與AM真菌對礦區(qū)復墾土壤的改良狀況，以期為合理培肥復墾土壤和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的發(fā)展提供一些理論依據(jù)。

1 材料和方法

1.1 試驗材料

1.1.1 供試土壤 本試驗土壤采用山西省長治市襄垣縣采煤塌陷區(qū)復墾第1年的土壤，屬于石灰性褐土，質(zhì)地為中壤土，基本養(yǎng)分狀況列于表1。

表1 供試土壤基本養(yǎng)分狀況

1.1.2 供試作物 供試作物為油菜，品種為四月蔓。

1.1.3 供試肥料 供試基肥：尿素，含氮46%；磷礦粉，含 P2O519%；硫酸鉀，含 K2O54.0%。

供試有機肥：含有機質(zhì) 38.9%，含 N2.15%，含P2O51.06%，含 K2O1.31%。

供試菌群：解磷細菌（假單胞細菌1、假單胞細菌2和拉恩氏菌，經(jīng)驗證它們無拮抗反應，將這3株解磷細菌混合培養(yǎng)后經(jīng)高密度發(fā)酵后制成液體菌劑）；AM真菌，為幼套球囊霉（Glomus etunicatum，編號 BGCNM03F）和摩西球囊霉（Glomus mosseae，編號BGCJX04B），由北京市農(nóng)林科學院植物營養(yǎng)與資源研究所BGC菌種庫提供。菌種預先經(jīng)白三葉草（Trifolium spp.）盆栽繁殖3個月，采集含有AM真菌孢子、根外菌絲體和侵染根段的土樣混合物作為接種劑，接種劑真菌幼套球囊霉和摩西球囊霉的孢子密度分別為63，35個/g。

1.2 試驗設(shè)計和管理

用解磷細菌和AM真菌對復墾土壤進行單一接種和混合接種共3種處理，分別設(shè)置低（C1）、中（C2）、高（C3）3 種濃度，解磷細菌設(shè)置 C1（1 mL/盆）、C2（4 mL/盆）、C3（7 mL/盆）3 個濃度，AM真菌設(shè)置 C1（0.4 g/盆）、C2（0.8 g/盆）、C3（1.2 g/盆）3 個濃度，混合接種按1∶1進行配置，設(shè)置C1（AM真菌 0.2 g/盆與解磷細菌 0.5 mL/盆）、C2（AM真菌0.4 g/盆與解磷細菌 2 mL/盆）、C3（AM真菌 0.6 g/盆與解磷細菌3.5 mL/盆）3個濃度。另外，設(shè)置加入基肥的對照處理和不施肥對照處理共11個處理，每個處理3次重復，共裝33盆。盆栽試驗用15 cm×10 cm的塑料盆，土壤過2 mm篩后，裝盆，每盆裝風干土1.2 kg。除不施肥處理外，其余每盆都施入相同的基肥（尿素 0.33 g，磷礦粉 0.83 g，硫酸鉀0.14 g，有機肥10 g）。按試驗要求稱好后，裝盆前將菌肥、基肥、有機肥與土充分混勻，在保證各盆緊實度一致的情況下，將盆內(nèi)土面整平。播種后，在油菜生長期間定期定量澆水，同時依次輪換盆的位置，按常規(guī)方法管理。于油菜收獲期進行植物和土壤樣品采集。土壤樣品自然風干后，研磨，過1mm篩，然后到實驗室進行指標測定。

盆栽試驗在山西農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院溫室大棚進行，化驗分析在山西農(nóng)業(yè)大學資源與環(huán)境學院環(huán)境監(jiān)測實驗室完成。

1.3 測定項目及方法

油菜產(chǎn)量采用電子秤直接稱質(zhì)量。

土壤有效磷含量采用NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法；土壤全磷含量采用NaOH熔融-鉬銻抗比色法；土壤堿性磷酸酶活性采用磷酸苯二鈉比色法。

土壤Hedley磷分級：按照修正后的Hedley法對土壤磷形態(tài)進行分級，將土壤磷分成H2O-Pi，NaHCO3-P，NaOH-P，HCl-P和殘渣態(tài)磷共 5種形態(tài)[13-14]，每種形態(tài)分為有機態(tài)和無機態(tài)2個部分。分別用蒸餾水、0.5 mol/L 碳酸氫鈉溶液、0.1 mol/L 氫氧化鈉溶液、1.0 mol/L鹽酸溶液連續(xù)浸提土壤中穩(wěn)定性由弱到強的各級磷。分別提取出H2O-Pi，NaHCO3-P，NaOH-P，HCl-P 和殘渣態(tài)磷[15]，用鉬藍比色法測定溶液中無機磷（Pi）含量；加過硫酸銨，硫酸消化后用比色法測定溶液中的總磷（Pt），二者的差值為有機磷（Po）含量。殘渣態(tài)磷采用高氯酸－濃硫酸消煮法進行測定。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

所有數(shù)據(jù)用Microsoft Excel 2007進行計算，用統(tǒng)計軟件SPSS 21進行方差分析，用Duncan法進行顯著性檢驗（α＝0.05）。

2 結(jié)果與分析

2.1 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤油菜產(chǎn)量的影響

由圖1可知，接種解磷細菌和AM真菌均能有效地提高復墾土壤中油菜產(chǎn)量。接種解磷細菌的復墾土壤中油菜產(chǎn)量顯著高于2個不接種菌群的CK處理，在菌液濃度為C2（4 mL/盆）時油菜產(chǎn)量顯著高于其他2個濃度處理。接種AM真菌的復墾土壤中油菜產(chǎn)量也顯著高于2個不接種菌群的CK處理，菌液濃度為C2（0.8 g/盆）時油菜產(chǎn)量顯著高于其他2個濃度處理。同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中油菜產(chǎn)量顯著高于2個不接種菌群的CK處理，在菌液濃度為C2（AM真菌0.4 g/盆和解磷細菌2 mL/盆）時，油菜產(chǎn)量高于其他2個濃度處理的油菜產(chǎn)量，與C1濃度相比差異不顯著，與C3濃度相比差異顯著。

在C2濃度處理下，同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中油菜產(chǎn)量顯著高于接種解磷細菌的復墾土壤中油菜產(chǎn)量，并且也高于接種AM真菌的復墾土壤中油菜產(chǎn)量，但差異不顯著。其他2個濃度處理下，接種不同菌群的復墾土壤中油菜產(chǎn)量并沒有明顯的差異，說明同時接種適量濃度解磷細菌和AM真菌對提升復墾土壤的油菜產(chǎn)量效果最好。

同時接種適量濃度解磷細菌和AM真菌可以明顯提升復墾土壤的油菜產(chǎn)量，與不施肥對照相比，油菜產(chǎn)量提升了42.08%。解磷細菌與AM真菌的聯(lián)合作用能夠創(chuàng)造出植物根系最好的微生物環(huán)境，解磷效果最好，產(chǎn)量最高，這與張健等[16]的解磷菌群解磷能力的強弱與油菜產(chǎn)量呈正相關(guān)的研究結(jié)論相似。同時，解磷效果最好的處理可以將更多的難溶形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為可溶形態(tài)，土壤有效磷的含量也就最多，這與郜春花等[17]研究的解磷菌的解磷溶磷能力與土壤磷素的供應強度成正比的結(jié)果相一致。

2.2 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤有效磷含量的影響

從表2可以看出，接種解磷細菌和AM真菌均能有效地提高復墾土壤中有效磷的含量。單一接種解磷細菌和AM真菌的處理下，復墾土壤中有效磷含量顯著高于2個不接種菌群的CK處理，但是隨著菌液濃度的變化有效磷含量并沒有明顯的變化。同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中，有效磷含量顯著高于不接種菌群的空白處理，并且在C2濃度處理下有效磷的含量最高。

表2 接種解磷細菌和AM真菌對復墾土壤有效磷含量的影響 mg/kg

整體看來，同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中有效磷含量顯著高于單一接種解磷細菌和AM真菌處理的復墾土壤中有效磷含量。說明同時接種適量解磷細菌和AM真菌對提升復墾土壤的有效磷含量作用效果是最好的。因為同時接種適量解磷細菌和AM真菌的根系微生物環(huán)境是最好的，將難溶形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為易溶形態(tài)效果最好。這與張健等[16]的解磷菌群解磷能力越強土壤中有效磷含量越高的研究結(jié)論相似。

2.3 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤全磷含量的影響

從表3可以看出，接種菌群的復墾土壤中全磷含量顯著高于不施基肥的CK處理，但與施用基肥的CK處理相比并沒有顯著差異。在C2菌液濃度時，單一接種解磷細菌和AM真菌與同時接種解磷細菌和AM真菌3種處理下復墾土壤中全磷含量均顯著高于其他2個濃度處理，且3種不同處理間復墾土壤全磷含量為：解磷細菌＞AM真菌＞解磷細菌+AM真菌。說明適量濃度的菌液處理對復墾土壤中全磷含量提升效果比較好。其中，解磷細菌可能是由于數(shù)量上的優(yōu)勢導致土壤中全磷含量比其他菌群處理效果好，因為解磷細菌才是將難溶形態(tài)磷轉(zhuǎn)化為易溶形態(tài)的主要作用菌群。

表3 接種解磷細菌和AM真菌對復墾土壤全磷含量的影響 mg/kg

2.4 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤堿性磷酸酶活性的影響

從表4可以看出，在C2菌液濃度時，單一接種解磷細菌和AM真菌與同時接種解磷細菌和AM真菌3種處理下復墾土壤中堿性磷酸酶活性顯著高于2個不接種菌群的CK處理，但與其他2個濃度處理相比并沒有顯著性差異。3種不同處理間復墾土壤中堿性磷酸酶活性隨著濃度的變化均沒有顯著性差異，說明適量濃度的菌液處理對復墾土壤中堿性磷酸酶活性提升效果比較好，但是整體看來效果并不明顯。

表4 接種解磷細菌和AM真菌對復墾土壤堿性磷酸酶活性的影響mg/（kg·d）

2.5 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤Hedley無機磷形態(tài)的影響

2.5.1 接種 AM真菌與解磷細菌對復墾土壤H2O-Pi含量的影響 從圖2可以看出，接種解磷細菌和AM真菌均能使復墾土壤中H2O-Pi含量有所提高。接種解磷細菌的復墾土壤中H2O-Pi含量顯著高于不施基肥的CK處理，但與施用基肥的CK處理相比差異不顯著；在C2濃度時，復墾土壤中H2O-Pi含量顯著高于其他處理并達到最大，比CK提高了7.41 mg/kg。接種AM真菌的復墾土壤中H2O-Pi含量顯著高于不施基肥的CK處理，但與施用基肥的CK處理相比差異不顯著；在C2濃度時，復墾土壤中H2O-Pi含量達到最大，但與其他2個濃度處理相比并沒有顯著性差異，僅比CK提高了4.6 mg/kg。同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中H2O-Pi含量顯著高于不施基肥的CK處理，但與施用基肥的CK處理相比差異性并不顯著；在C2濃度時，復墾土壤中H2O-Pi含量顯著高于其他處理并達到最大，比CK提高了7.97 mg/kg。

整體看來，同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中H2O-Pi含量略高于單一接種解磷細菌的復墾土壤，但這2個處理都顯著高于單一接種AM真菌的處理，說明單一接種AM真菌對提高復墾土壤中H2O-Pi含量并沒有明顯的效果。同時接種適量濃度的解磷細菌和AM真菌對復墾土壤中H2O-Pi含量改善效果是最好的，與單施基肥的對照相比，同時接種解磷細菌和AM真菌處理下H2O-Pi含量提升了6.14%～38.90%。解磷細菌能夠產(chǎn)生有機酸和一些酶類，這能有效地促進難溶形態(tài)的磷向植物可利用的無機磷形態(tài)轉(zhuǎn)化，所以，接種解磷細菌對復墾土壤中H2O-Pi含量提升有明顯的效果。孟會生[18]研究結(jié)果表明，解磷菌群可以提升土壤中H2O-Pi含量。本試驗表明，同時接種解磷細菌和AM真菌的微生物環(huán)境下解磷細菌的活性更佳，提升H2O-Pi含量的效果也最好。

2.5.2 接種 AM真菌與解磷細菌對復墾土壤NaHCO3-Pi含量的影響 從圖3可以看出，接種解磷細菌和AM真菌均能使復墾土壤中NaHCO3-Pi含量有所提高。與施入基肥相比，接種解磷細菌的復墾土壤中NaHCO3-Pi含量增加了1.58%～12.43%；接種AM真菌的復墾土壤中NaHCO3-Pi含量增加了6.86%～15.11%；同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中NaHCO3-Pi含量增加了11.39%～14.86%。3種不同的菌種處理均是在C2濃度時NaHCO3-Pi含量最高且顯著高于施入基肥的CK處理，且3種不同的菌種同一濃度水平處理間復墾土壤中NaHCO3-Pi含量無顯著差異。

NaHCO3-Pi是一種以范德華力結(jié)合在黏土礦物和有機物表面的磷，植物可利用性極高[19]。本研究表明，接種解磷菌群可顯著提升土壤中NaHCO3-Pi含量，孟會生[18]和弓莉斌[20]的研究都表明，解磷菌肥對土壤中NaHCO3-Pi含量提升具有良好的效果。不同菌種處理下土壤中NaHCO3-Pi含量沒有顯著性差異，可能是由于本試驗采用菌種較少造成的，有待進一步研究不同菌種對土壤中NaHCO3-Pi含量的影響。

2.5.3 接種 AM真菌與解磷細菌對復墾土壤NaOH-Pi含量的影響 由圖4可知，接種解磷細菌的復墾土壤中NaOH-Pi含量顯著高于不施基肥的CK處理，但與施用基肥的CK處理相比差異不顯著；在C2濃度時，復墾土壤中NaOH-Pi含量達到最大，比不施基肥CK提高了16.02 mg/kg。接種AM真菌的復墾土壤中NaOH-Pi含量在C2濃度時達到39.64 mg/kg，顯著高于其他幾個處理，但其他處理間差異不顯著。同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中NaOH-Pi含量與施入基肥的CK相比提高了47.53%～63.54%；在C2濃度處理時達到最大值40.33 mg/kg，但與C1和C3濃度處理間無顯著性差異。

幾種不同菌群處理下復墾土壤中NaOH-Pi含量為：解磷細菌+AM真菌＞解磷細菌＞AM真菌＞基肥＞CK，說明同時接種適量濃度的解磷細菌和AM真菌對復墾土壤中NaOH-Pi含量提升效果是最好的。孟會生[18]研究結(jié)果表明，解磷菌群可以提升土壤中NaOH-Pi含量，NaOH-Pi是以化學吸附附著在土壤表面Fe，Al上的磷[21]，微生物活性越高，越有益于土壤中NaOH-Pi含量的提升。

2.5.4 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤HCl-Pi含量的影響 從圖5可以看出，與施用基肥的對照相比，接種解磷細菌的復墾土壤中HCl-Pi含量整體來看呈現(xiàn)出降低的趨勢；C2濃度處理下復墾土壤中HCl-Pi含量顯著低于其他2個濃度的處理。接種AM真菌的復墾土壤中HCl-Pi含量在施用基肥和3個濃度的處理間無顯著差異。

同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中HCl-Pi含量與 CK 相比降低了 26.68%～32.89%；在C2濃度處理時，降低到最低值264.34 mg/kg，且顯著低于其他2個濃度處理。不同菌群處理下復墾土壤中HCl-Pi含量為AM真菌＞解磷細菌＞解磷細菌+AM真菌，且3個處理間具有顯著性差異，說明同時接種適量濃度的解磷細菌和AM真菌對復墾土壤中HCl-Pi的利用效果是最好的。HCl-Pi主要是提取自土壤中與Ca相結(jié)合的難溶形態(tài)的磷[22]，HCl-Pi含量越低，說明難溶形態(tài)的磷轉(zhuǎn)化為易溶形態(tài)的量越大，復墾效果越好。

2.5.5 接種AM真菌與解磷細菌對復墾土壤殘渣態(tài)-P含量的影響 從圖6可以看出，接種解磷細菌的復墾土壤中殘渣態(tài)-P含量在C1與C3濃度時與施入基肥的處理相比無顯著性差異；在C2濃度處理時達到最低值257.99 mg/kg，且顯著低于其他2個濃度處理。接種AM真菌的復墾土壤中殘渣態(tài)-P含量在3種不同濃度的處理間沒有顯著性差異，但都明顯低于施用基肥的對照。同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中殘渣態(tài)-P含量顯著低于2個對照，與施用基肥的對照相比，同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中殘渣態(tài)-P含量降低了15.62%～21.03%。在C2濃度處理時復墾土壤中殘渣態(tài)-P的利用效果最好。

就整體趨勢來看，同時接種解磷細菌和AM真菌的復墾土壤中殘渣態(tài)-P含量最低，說明同時接種適量濃度的解磷細菌和AM真菌對復墾土壤中殘渣態(tài)-P利用效果是最好的。殘渣態(tài)-P是一種閉蓄態(tài)磷，一般很難被植物吸收利用。提取也是經(jīng)過濃硫酸消化，破壞土壤晶格結(jié)構(gòu)才可以提取[18]。微生物活性越高，產(chǎn)生的有機酸越多，而這種有機酸可以促進殘渣態(tài)-P的溶解，提升可用率[23]。

3 結(jié)論

本研究結(jié)果表明，接種解磷細菌和AM真菌能有效地提高油菜產(chǎn)量，其中，同時接種解磷細菌和AM真菌效果最好，在C2濃度時比其他濃度處理提高了 38.9%～42.08%。

同時接種解磷細菌和AM真菌處理下的礦區(qū)復墾土壤中有效磷含量顯著高于單一接種解磷細菌和AM真菌，且在C2濃度時達最大值10.55 mg/kg，比其他濃度處理提升了24.41%～143.09%。

礦區(qū)復墾土壤在Hedley方法分析下的各種磷素形態(tài)均是在同時接種解磷細菌和AM真菌的處理下改良效果最好，在C2濃度處理下，H2O-Pi含量、NaHCO3-Pi含量和NaOH-Pi含量分別比其他濃度處理提升了 22.66%～35.93%，14.82%～22.61%，14.82%～63.54%，HCl-Pi含量和殘渣態(tài) -P含量分別比其他濃度處理降低了 32.89%～35.00%，21.03%～27.74%。

同時接種適量濃度的解磷細菌和AM真菌對礦區(qū)復墾土壤改良效果是最好的，且磷素有效利用率也是最高的。

土壤中的磷大部分都以難溶性的磷酸鈣鹽等形態(tài)存在，有效性低。很多研究都表明，解磷細菌可以將土壤中難溶性磷轉(zhuǎn)化為可溶性磷，提高土壤中的有效磷含量，促進植物的生長[11，24]。AM真菌具有很強的吸收和積累磷素的能力，與植物根系共同作用，可以很好地改善植物對磷素的吸收，且AM真菌可以改善植物根系區(qū)域的微生物環(huán)境，增強微生物活性[25]。本試驗結(jié)果表明，解磷細菌與AM真菌的聯(lián)合作用可以有效地改善復墾土壤的復墾效果，明顯地提升土壤中磷素的利用率。但由于進行時間不長等一些因素的影響，存在很多不足之處，系統(tǒng)規(guī)律地研究還有待進一步地進行跟蹤定位試驗。

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