發(fā)布時(shí)間：2022-02-22所屬分類：農(nóng)業(yè)論文瀏覽：1次
摘 要： 摘 要：為了緩解煤炭開(kāi)采對(duì)神東礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和地表環(huán)境造成的破壞，試驗(yàn)?zāi)M神東礦區(qū)干旱缺水特點(diǎn)，以煤炭開(kāi)采塌陷區(qū)退化土壤為供試基質(zhì)，玉米為供試植物，研究叢枝菌根真菌(每克干土中含 63 個(gè)孢子)和不同濃度的外源鈣(5，10，20，40，80 mmol/L)協(xié)同效應(yīng)對(duì)中度干旱脅
摘 要：為了緩解煤炭開(kāi)采對(duì)神東礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和地表環(huán)境造成的破壞，試驗(yàn)?zāi)M神東礦區(qū)干旱缺水特點(diǎn)，以煤炭開(kāi)采塌陷區(qū)退化土壤為供試基質(zhì)，玉米為供試植物，研究叢枝菌根真菌(每克干土中含 63 個(gè)孢子)和不同濃度的外源鈣(5，10，20，40，80 mmol/L)協(xié)同效應(yīng)對(duì)中度干旱脅迫下苗期玉米生長(zhǎng)的影響。結(jié)果表明，干旱脅迫下，20 mmol/L 外源鈣與叢枝菌根真菌協(xié)同效應(yīng)最優(yōu)，玉米質(zhì)量平均每株可達(dá) 4.03 g，組織含水率和葉色值分別達(dá)到 91.68%和 43.67，玉米植株內(nèi)氮磷鉀累積量顯著高于其他處理;同時(shí)，玉米根際土壤球囊霉素相關(guān)蛋白增加最為明顯，總球囊霉素和易提取球囊霉素分別達(dá)到 4.3 和 1.6 mg/g，根際土壤中有機(jī)質(zhì)含量增加明顯。叢枝菌根真菌與外源鈣聯(lián)合作用有利于玉米的生長(zhǎng)，緩解了干旱脅迫對(duì)苗期玉米生長(zhǎng)的影響，接種叢枝菌根真菌對(duì)礦區(qū)退化土壤具有顯著改良效應(yīng)。
關(guān)鍵詞：干旱，鈣，土壤，叢枝菌根，神東礦區(qū)，玉米，球囊霉素
0 引 言
神東礦區(qū)是中國(guó)已探明儲(chǔ)量最大的煤田，為世界七大煤田之一，產(chǎn)量居全國(guó)之首，其沉陷面積大[1]。神東礦區(qū)屬典型的半干旱、半沙漠的高原大陸性氣候，區(qū)內(nèi)不少地區(qū)氣候干燥，降水稀少而集中，光照充足，蒸發(fā)強(qiáng)烈，空氣干燥，極不利于植物的生長(zhǎng)，礦區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱且易受破壞。煤炭開(kāi)采對(duì)土壤質(zhì)地和地表植被的破壞嚴(yán)重，井工開(kāi)采導(dǎo)致地面塌陷，地面塌陷過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生大量裂縫，導(dǎo)致地表水分和養(yǎng)分流失，同時(shí)塌陷過(guò)程中產(chǎn)生的拉力對(duì)植物根系損傷嚴(yán)重[2]。鈣元素是植物細(xì)胞膜重要組成成分，也是植物受到外界環(huán)境脅迫和激素調(diào)節(jié)的重要信號(hào)分子，對(duì)細(xì)胞內(nèi)礦質(zhì)養(yǎng)分和有機(jī)化合物具有重要的調(diào)節(jié)作用[3-5]。干旱條件下，鈣離子參與干旱信號(hào)脫落酸(abscisic acid)的傳遞，調(diào)節(jié)干旱脅迫導(dǎo)致的氣孔關(guān)閉，誘導(dǎo)脅迫應(yīng)答基因表達(dá)，增強(qiáng)植物對(duì)逆境的耐受能力[6]。鈣離子通過(guò)對(duì)質(zhì)膜水通道蛋白磷酸化的修飾作用，調(diào)節(jié)植物根細(xì)胞在滲透脅迫下的吸水活性[7]。同時(shí)，鈣離子還可以改善土壤的理化性質(zhì)和增加土壤的團(tuán)聚作用[8]。通過(guò)前期研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于干旱缺水的礦區(qū)退化土壤來(lái)說(shuō)，施加一定的外源鈣可以緩解逆境脅迫對(duì)植物生長(zhǎng)的影響。
叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一種普遍存在的內(nèi)共生真菌，它能夠與 80% 以上的陸生植物形成共生體[9]。隨著研究的不斷深入，AMF 的作用越來(lái)越廣泛，AMF 在植物群落結(jié)構(gòu)、演替和穩(wěn)定性方面具有重要的生態(tài)學(xué)意義[10-12]。AMF 能提高植物對(duì)氮、磷、鉀等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收，還可緩解鹽堿化對(duì)植物生長(zhǎng)的影響[13-16]。AMF 也可降低其他生物對(duì)宿主植物的傷害，提高植物的抗旱性和增加植物的生物量[17-18]。干旱條件下 AMF 能夠提高宿主的耐受性，有利于宿主植物對(duì)水分的吸收[19-20]。 AMF 產(chǎn)生的土壤相關(guān)蛋白是土壤的一個(gè)重要碳庫(kù)，其可以增強(qiáng)土壤團(tuán)聚體的穩(wěn)定性，改善土壤質(zhì)量。利用 AMF 在神東礦區(qū)塌陷區(qū)土地復(fù)墾發(fā)現(xiàn)，AMF 能夠促進(jìn)植物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分和水分，提高作物抗逆性和抗病性，改良土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤肥力，提高苗木移栽成活率，促進(jìn)植被恢復(fù)[21-23]。
本研究主要模擬神東礦區(qū)干旱缺水特點(diǎn)，以西北地區(qū)常見(jiàn)農(nóng)作物玉米為宿主，以礦區(qū)退化土壤為基質(zhì)。研究不同濃度外源 Ca2+和 AMF 協(xié)同作用對(duì)苗期玉米在礦區(qū)退化土壤上生長(zhǎng)的影響，以及對(duì)玉米礦質(zhì)養(yǎng)分的調(diào)節(jié)效應(yīng)，同時(shí)研究 AMF 對(duì)礦區(qū)退化土壤的改良效果，為 AMF 應(yīng)用于西部干旱礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)提供一定的理論基礎(chǔ)，也為鈣肥在礦區(qū)破壞土地上提高農(nóng)作物抗旱性性能提供理論依據(jù)，同時(shí)為后期礦區(qū)抗旱保水劑與 AMF 菌劑的聯(lián)合開(kāi)發(fā)提供技術(shù)支撐。
1 材料和方法
1.1 試驗(yàn)材料
供試土壤于 2011 年 4 月采自陜西省神木縣李家畔鎮(zhèn)活雞兔礦塌陷區(qū)，為沙質(zhì)退化礦區(qū)土，風(fēng)干，過(guò) 1 mm 篩。供試土壤基本性狀為 pH 值 7.48;電導(dǎo)率 35.4 μS/cm，最大持水量為 22.86%;有機(jī)質(zhì) 6.07 g/kg;總氮為 0.34 g/kg;全磷 0.41 g/kg;有效磷為 7.2 g/kg;速效鉀 50 g/kg;供試玉米種子由中國(guó)農(nóng)業(yè)科學(xué)院種子公司提供，玉米品種為農(nóng)大 CFO24。供試菌種為北京市農(nóng)林科學(xué)院植物營(yíng)養(yǎng)與資源研究所微生物室提供經(jīng)本實(shí)驗(yàn)室增殖培養(yǎng)的內(nèi)生菌 Glomus mosseae(簡(jiǎn)稱 G..m)。
1.2 試驗(yàn)方法
試驗(yàn)于 2011 年 8 月在中國(guó)礦業(yè)大學(xué)(北京)溫室內(nèi)進(jìn)行，試驗(yàn)分別設(shè)干旱加叢枝菌根組(CK+M)、干旱不加叢枝菌根組(CK)、正常供水組(NI)和正常供水加菌組(NI+M)，干旱脅迫組澆水量為土壤最大持水量的 55%，正常供水組澆水量為土壤最大飽和持水量，同時(shí)設(shè) 5 加鈣組和 5 加鈣加菌組，試驗(yàn)分別用不同 CaCl2 濃度處理(濃度為 5，10，20，40，80 mmol/L)，分別在出苗 1、 5 和 10 d 澆灌 CaCl2 溶液，每次澆灌 100 mL。栽種玉米的塑料盆規(guī)格為：11 cm(高)×13 cm(盆口直徑)×9 cm(盆底直徑)，每盆加礦區(qū)土量為 1 400 g，AMF 接種量按每 1 kg 滅菌后的風(fēng)干礦區(qū)退化沙土加 50 g 的菌劑充分混合。種植玉米前向礦區(qū)退化土壤加入 NH4NO3，KH2PO4，K2SO4 配置營(yíng)養(yǎng)液作為底肥，使供試土壤中 N、P、K 質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為 100，10，150 mg/kg，每個(gè)處理 3 個(gè)重復(fù)，澆水達(dá)到最大飽和持水量，水分平衡 1d 后，播種。將玉米種子用 10% H2O2 溶液浸泡 10 min 做表面消毒，在用去離子水清洗 10 次，每個(gè)小盆播種玉米 5 棵，玉米出苗 4 d 后間苗，每盆保持 2 株，模擬礦區(qū)干旱脅迫，澆水量為土壤最大持水量的(55±5)% (中度干旱)[24]。利用稱重法控制澆水量，使每盆土壤的含水率維持在中度干旱水平。
1.3 測(cè)定項(xiàng)目和方法
1)玉米生長(zhǎng)指標(biāo)測(cè)定
苗期玉米生長(zhǎng)到 45 d 后，分別采集干旱脅迫的玉米，用自來(lái)水清洗根系附著的泥土，同時(shí)將植物地上部分和根系分開(kāi)，在 100℃烘箱內(nèi)殺青 30 min，然后放到 70℃烘箱內(nèi)直至烘干。分別稱量每盆玉米的地上部分和根系的干質(zhì)量。
2)葉片相對(duì)含水率和葉片 SPAD 值
葉片相對(duì)含水率(RWC%)=(Wf−Wd)/(Wt−Wd)× 100，Wf 為葉片鮮質(zhì)量，g;Wd 為葉片干質(zhì)量，g; Wt 為葉片被水充分飽和后的質(zhì)量，g。苗期玉米葉片 SPAD 值(葉色值)采用 SPAD-502(浙江托普生產(chǎn))測(cè)定。
3)玉米 TN、TP、K 和 Ca 的測(cè)定
玉米葉片和根系中全氮和全磷含量的測(cè)定參考鮑士旦[25]的方法。植物礦質(zhì)元素離子含量測(cè)定，將植物的地上部分和根部的分開(kāi)，將烘干樣品烘干粉碎后，精確稱量 0.5000 g，用 HNO3消煮，定容于 50 mL，用 ICP-AES(inductively coupled plasma atomic emission spectroscopy，電子感耦合等離子體發(fā)射光譜儀，德國(guó)斯派克生產(chǎn))測(cè)定 K +、Ca2+含量。
4)侵染率、菌絲密度和根際土有機(jī)質(zhì)測(cè)定方法
玉米收獲時(shí)，揀出較細(xì)的玉米根系，用水清洗干凈，剪成 1 cm 長(zhǎng)根段，混勻后取鮮根測(cè)定菌根侵染率[26]。菌絲密度采用網(wǎng)格交叉法測(cè)定[26]。選擇緊貼玉米根系土壤，過(guò)篩測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)，土壤有機(jī)質(zhì)含量的測(cè)定采用重鉻酸鉀外加熱法(K2Cr2O7- H2SO4法)。
5)球囊霉素提取和測(cè)定方法
球囊霉素是由叢枝菌根真菌分泌的一種含金屬離子的糖蛋白，因被非專一性提取而稱為球囊霉素相關(guān)土壤蛋白(GRSP)，通常定義為 Bradford反映土壤蛋白，由土壤樣中提取出來(lái)，分為易提取球囊霉素(easily extractable glomalin，EEG)和總球囊霉素(total glomalin，TG)，按照 Wright 及 Janos 的方法稍加修改[28-29]。
球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的提取：易提取球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的提取方法為：分別稱取土樣1.00 g 于帶刻度離心管中，對(duì)應(yīng)加入 8 mL 檸檬酸鈉浸提劑(20 mmol/L、pH 值 7.0)，加蓋，搖勻，在 103 kPa、121℃下提取 30 min，10 000×g 下離心 6 min，收集上清液，每個(gè)處理重復(fù) 4 次。總球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的提取：分別秤取土樣 1.00 g 于帶刻度離心管中，對(duì)應(yīng)加入 8 mL 檸檬酸鈉浸提劑(50 mmol/L、pH 值 8.0)，加蓋，搖勻，在 103 kPa、 121℃下提取 60 min，再重復(fù)提取 5 次，每次重復(fù)提取時(shí)，保證提取液體積固定且搖勻土樣，使土樣與浸提劑充分接觸 ;每提取一次之后迅速在 10 000×g 下離心 6 min，將上浮物從土壤中分離出去，收集上清液，每個(gè)處理重復(fù) 4 次。上清液儲(chǔ)藏在 4℃下直至第 2 天分析。
球囊霉素相關(guān)蛋白的測(cè)定：分別吸取 0.5 mL 的上清液，加入 5 mL 考馬斯亮藍(lán) G-250 染色劑(使用之前過(guò)濾)，加蓋，震蕩，顯色 10 min，于 595 nm 波長(zhǎng)下比色。用牛血清白蛋白(BSA)作標(biāo)準(zhǔn)液，考馬斯亮藍(lán)法顯色，繪制標(biāo)準(zhǔn)曲線，以 1.00 g 土壤中蛋白質(zhì)的微克數(shù)表示球囊霉素相關(guān)土壤蛋白的含量。
1.4 數(shù)據(jù)分析
本研究采用 SAS 統(tǒng)計(jì)軟件對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，顯著水平設(shè)置為 5%。
2 結(jié)果與分析
2.1 AMF 與外源鈣協(xié)同效應(yīng)對(duì)玉米生長(zhǎng)的影響
干旱脅迫條件下，接種 AMF 能顯著促進(jìn)玉米的生長(zhǎng)，接入 AMF 組玉米生長(zhǎng)明顯要好于不加 AMF 組，同時(shí)在退化礦區(qū)土壤上施加一定濃度的外源鈣會(huì)促進(jìn)玉米生長(zhǎng)。由表 1 可見(jiàn)，干旱脅迫條件，當(dāng)施入外源 Ca 2+ <20 mmol/L 時(shí)，加菌組和不加菌組的玉米生物量、葉片相對(duì)含水率和葉色值都隨著外源鈣的濃度增加而增加，當(dāng) Ca 2+ >20 mmol/L 時(shí)，玉米的各項(xiàng)指標(biāo)隨著外源鈣濃度增加而減少，這可能高濃度的鈣離子使退化土壤鹽堿化，破壞了玉米根際的離子平衡，抑制了玉米的生長(zhǎng)。當(dāng) AMF 和不同濃度外源鈣聯(lián)合處理時(shí)，明顯促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)，玉米的干質(zhì)量、相對(duì)含水率和葉色值要好于單一的加鈣處理或加菌處理，施入外源鈣濃度為 20 mmol/L 時(shí)，玉米的生物量和葉色值達(dá)到最大值，且和其他處理組相比，差異性達(dá)到顯著水平(P<0.05)，但和正常供水加菌組無(wú)明顯差異(P>0.05)。研究發(fā)現(xiàn)，所有接菌組的根冠比都要小于不加菌組，在干旱脅迫下，光合產(chǎn)物優(yōu)先分配給根系，使根冠質(zhì)量比(R/S)加大，而接入 AMF 緩解了干旱對(duì)苗期玉米根系的影響，明顯降低了 R/S 值，接種 AMF 緩解了干旱脅迫對(duì)玉米的影響，有利于苗期玉米生長(zhǎng)。
2.2 AMF 與外源鈣協(xié)同效應(yīng)對(duì)玉米礦質(zhì)養(yǎng)分的調(diào)節(jié)
對(duì)于退化的塌陷區(qū)土壤來(lái)說(shuō)，接種 AMF 和添加適當(dāng)濃度的外源鈣可以提高玉米對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收(表 2)，同時(shí)可以提高玉米的抗旱能力。無(wú)論干旱條件還是正常供水，接種菌根都能顯著提高了玉米對(duì)氮、磷、鉀和鈣的吸收，玉米地上部分氮、磷和鉀元素累積量要高于根系部分，而鈣在植物體內(nèi)不易運(yùn)輸，根系鈣的累積量要高于地上部分。研究發(fā)現(xiàn)，不管接種 AMF 與否，一定濃度的外源鈣明顯促進(jìn)礦區(qū)玉米生長(zhǎng)，向退化土壤施加外源鈣濃度小于 20 mmol/L 時(shí)，玉米地上部分和根系部分氮磷鉀的累積量隨著外源鈣的濃度增加而增加，外源鈣濃度大于 20 mmol/L 時(shí)，玉米地上部分和根系部分氮磷鉀的累積量隨著外源鈣的濃度增加而減少，但玉米鈣元素累積量隨著外源鈣的增加而增加。干旱條件下，Ca(20)+M 組玉米對(duì)養(yǎng)分吸收最優(yōu)，平均每株玉米地上部分氮磷鉀鈣累積量分別達(dá)到 39.2、 4.27.、126.28 和 86.7 mg，根系部分氮磷鉀鈣的累積量也達(dá)到 10.13、1.76、17.15 和 50.44 mg，和其他處理組相比達(dá)到顯著性水平(P<0.05)，但其地上部分氮磷含量要低于正常供水加菌組，根系部分氮磷積累量要高于正常供水加菌組。Ca(20)+M 組對(duì)鉀元素的吸收要略強(qiáng)于正常供水加菌組，差異性不顯著，但和其他處理組相比有顯著性差異。玉米地上部分和根系部分的鈣濃度都隨著外源鈣濃度增加而增加，外源鈣濃度為 80 mmol/L 時(shí)，玉米體內(nèi)鈣含量最高，玉米生長(zhǎng)狀況最差，高濃度的外源鈣不利于玉米生長(zhǎng)，往往會(huì)形成鹽害，抑制了玉米的生長(zhǎng)。
2.3 AMF 與外源鈣協(xié)同效應(yīng)對(duì)礦區(qū)退化土壤的改良效應(yīng)
干旱脅迫條件下，對(duì)于退化的礦區(qū)土壤，AMF 與外源鈣協(xié)同效應(yīng)對(duì)礦區(qū)退化土壤具有顯著改良效應(yīng)(表 3)。在施加外源鈣濃度為 20 mmol/L， AMF 對(duì)苗期玉米生長(zhǎng)的正效應(yīng)為最大，玉米根系侵染率和菌絲密度分別可達(dá)到 86.67%和 4.33 m/g，但和對(duì)照加菌組差異性并不顯著(P>0.05)，這可能是逆境條件更有利于增強(qiáng) AMF 對(duì)宿主植物的作用效果。研究發(fā)現(xiàn)，高濃度的外源鈣不利于 AMF 對(duì)玉米的侵染，相反還會(huì)抑制苗期玉米的生長(zhǎng)，可能是高濃度的鈣破壞了玉米根系和礦區(qū)退化土壤間的離子平衡，不利于玉米對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收。干旱條件下，無(wú)論正常供水還是向土壤中施加不同濃度的外源鈣，不加 AMF 組玉米根際球囊霉素相關(guān)蛋白和根際土壤有機(jī)質(zhì)含量沒(méi)有明顯變化，統(tǒng)計(jì)分析發(fā)現(xiàn)，不加 AMF 組間總球囊霉素、易提取球囊霉素和有機(jī)質(zhì)沒(méi)有顯著的差異性(P>0.05)。加入 AMF 能顯著提高根際土壤總球囊霉素和易提取球囊霉素的含量，Ca(20)+M 組球囊霉素增加最為明顯，總球囊霉素和易提取球囊霉素分別 4.3 和 1.6 mg/g，根際土壤的有機(jī)質(zhì)含量為最大，可達(dá)到 8.63 mg/g，和其他處理相比有顯著的差異性。
3 討 論
神東礦區(qū)位于干旱和半干旱區(qū)，水是限制該地區(qū)農(nóng)業(yè)發(fā)展的一個(gè)限制性因子，煤炭開(kāi)采往往會(huì)造成該地區(qū)地面垮塌嚴(yán)重，開(kāi)采過(guò)程中產(chǎn)生的大量裂縫破壞了承壓水和地表水分布，使土壤水分大量流失，給礦區(qū)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來(lái)不可挽回的損失[30]。玉米是中國(guó)重要的糧食作物和飼料作物，也是西部地區(qū)主要糧食作物之一，玉米生育期耗水較多且對(duì)水分脅迫比較敏感。因此，在干旱缺水的神東礦區(qū)，通過(guò)一定技術(shù)手段緩解干旱對(duì)玉米生長(zhǎng)影響就變的尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，AMF 與外源鈣協(xié)同作用有利于提高玉米的干質(zhì)量，促進(jìn)了苗期玉米生長(zhǎng)。 20 mmol/L 外源鈣與 AMF 協(xié)同作用對(duì)玉米生長(zhǎng)最優(yōu)，玉米的干質(zhì)量、葉片的相對(duì)含水率和葉色值含量分別達(dá)到 4.03 g/株、91.68%和 43.67，顯著高于其他處理。在 AMF 的作用下，玉米的根冠比明顯下降(R/S)，這可能是在水分脅迫下，光合產(chǎn)物優(yōu)先分配給根系，使 R/S 加大，而 AMF 菌絲加大了玉米根系與土壤的接觸面積，促進(jìn)玉米根系對(duì)土壤水分和養(yǎng)分的吸收[31]，從而降低了 R/S 值。
氮、磷、鉀是作物生長(zhǎng)發(fā)育必需的三大營(yíng)養(yǎng)元素，其吸收利用狀況影響作物的生長(zhǎng)發(fā)育和產(chǎn)量以及品質(zhì)的形成。對(duì)于生長(zhǎng)在神東塌陷區(qū)退化土壤上玉米來(lái)說(shuō)，干旱條件下提高玉米對(duì)土壤中養(yǎng)分的吸收，并通過(guò)一定技術(shù)手段改良塌陷區(qū)土壤理化性狀，使其更有利玉米生長(zhǎng)就變得尤為重要。研究發(fā)現(xiàn)，干旱條件下，AMF 能顯著提高玉米根系對(duì)土壤中氮磷鉀的吸收，加菌組地上部分和根系部分 3 種礦質(zhì)元素增加明顯，這可能是叢枝菌根的菌絲可以伸展到礦質(zhì)元素虧缺區(qū)以外，有效地吸收根系不能吸收的礦質(zhì)元素，更有利于玉米對(duì)礦質(zhì)養(yǎng)分的吸收，促進(jìn)了玉米的生長(zhǎng)。利用 AMF 在煤礦塌陷區(qū)土地復(fù)墾發(fā)現(xiàn)，AMF 能夠促進(jìn)植物吸收礦質(zhì)養(yǎng)分和水分，提高作物抗逆性和抗病性，改良土壤結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)土壤肥力，提高苗木移栽成活率，促進(jìn)植被恢復(fù)。神東礦區(qū)塌陷區(qū)土壤主要為沙性土壤為主，土壤對(duì)水分和養(yǎng)分保持能力較差，而煤炭開(kāi)采對(duì)礦區(qū)土壤破壞較大，導(dǎo)致土壤水分和養(yǎng)分流失嚴(yán)重。研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論加菌與否，通過(guò)一定的外源鈣都可以緩解采礦帶來(lái)的不利影響，在施入 Ca 2+ <20 mmol/L 時(shí)，玉米地上部分和根系部分氮磷鉀累積量隨著外源鈣濃度增加而增長(zhǎng)，說(shuō)明在低鈣體系里，提高鈣濃度可以促進(jìn)氮磷鉀吸收;但在高鈣體系，當(dāng)施入 Ca 2+ >20 mmol/L 時(shí)，玉米地上部分和根系部分氮磷鉀累積量隨著外源鈣濃度增加而減少，說(shuō)明高鈣對(duì)氮、磷和鉀的有拮抗關(guān)系，當(dāng)外源鈣濃度為 80 mmol/L 時(shí)，玉米組織中氮磷鉀含量降到最低，抑制了玉米的生長(zhǎng)，高濃度 Ca 2+對(duì)細(xì)胞膜產(chǎn)生破壞，影響離子平衡。當(dāng)用 20 mmol/L 外源鈣與 AMF 協(xié)同作用時(shí)，玉米的地上部分和根系部分的礦質(zhì)元素的含量達(dá)到最大，兩者的耦合效應(yīng)也達(dá)到最大。
AMF 在植物群落結(jié)構(gòu)、演替和穩(wěn)定性方面具有重要作用，AMF 不但能促進(jìn)宿主植物對(duì)水分和礦質(zhì)元素的吸收，同時(shí)還可緩解逆境對(duì)宿主植物生長(zhǎng)的影響。干旱條件下，當(dāng)施入外源鈣濃度為 20 mmol/L 時(shí)，玉米根系菌根侵染率和菌絲密度為最大，這可能是適當(dāng)濃度外源鈣改變土壤的局部環(huán)境，更有利于 AMF 對(duì)玉米根系的侵染，此侵染率可達(dá) 86.67%，而當(dāng)外源鈣濃度為 80 mmol/L 時(shí)，AMF 對(duì)玉米根系的侵染率僅為 15.56%，這可能高濃度外源鈣使根際土壤鹽堿化嚴(yán)重，不利于 AMF 對(duì)玉米根系的侵染。球囊霉素產(chǎn)生于 AMF 定居在宿主植物根內(nèi)的根內(nèi)菌絲和伸展在根際土壤中的根外菌絲表面，在土壤生態(tài)系統(tǒng)中含量不低，因此，它賦予了 AMF 新的生態(tài)學(xué)功能，近期被更名為球囊霉素相關(guān)土壤蛋白，目前認(rèn)為球囊霉素的主要作用是增加土壤有機(jī)碳庫(kù)和改善土壤團(tuán)聚體[32-33]。本研究發(fā)現(xiàn)，對(duì)于接種 AMF 的不同處理來(lái)說(shuō)，玉米根際土壤中球囊霉素和易提取球囊霉素都有不同程度的增加，而沒(méi)有接種 AMF 的處理無(wú)球囊霉素產(chǎn)生，施入一定濃度的外源鈣有利于球囊霉素相關(guān)蛋白的產(chǎn)生，在施入 Ca 2+ <20 mmol/L 時(shí)，根際土壤中總球囊霉素和易提取球囊霉素的含量隨著外源鈣濃度增加而增加，當(dāng)施入 Ca 2+ >20 mmol/L，總球囊霉素和易提取球囊霉素的含量隨著外源鈣濃度增加而減少。施入外源鈣的濃度為 20 mmol/L，玉米根際土壤中總球囊霉素和易提取球囊霉素含量最大，分別達(dá)到 4.3 和 1.6 m/g，球囊霉素相關(guān)蛋白是土壤的一個(gè)重要碳源 ， Ca(20)+M 組玉米根際土壤中有機(jī)質(zhì)含量也達(dá)到最大。適當(dāng)濃度的外源鈣有利于球囊霉素相關(guān)蛋白的形成，這可能是外源鈣改變土壤的離子平衡和土壤肥力，改善了土壤根際微環(huán)境，提高 AMF 與宿主植物間耦合效應(yīng)。由此可見(jiàn)，對(duì)于礦區(qū)退化土壤來(lái)說(shuō)，接種 AMF 有利于礦區(qū)土壤的改良，而適當(dāng)?shù)耐庠粹}更有利 AMF 對(duì)宿主植物的作用效果，同時(shí)有利于對(duì)退化土壤的培肥效果。本研究?jī)H通過(guò)室內(nèi)盆栽試驗(yàn)研究了叢枝菌根對(duì)礦區(qū)退化土壤的改良效果，若能在礦區(qū)實(shí)地進(jìn)行長(zhǎng)期的、系統(tǒng)的應(yīng)用研究，這對(duì)菌根技術(shù)在礦區(qū)退化土壤上的使用更具有指導(dǎo)意義。——論文作者：李少朋 1，畢銀麗 1※，陳昢圳 2，Zhakypbek Yryszhan3，劉 生 1
