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摘要 煤矸石大量堆积造成了矿区生态被严重破坏，AMF能提高植物在逆境条件下存活和生长的能力。以大同晋华宫人工修复矿煤矸石山（修复年限10～20年）为研究对象，采集了独行菜、冰草、针茅等10种不同植物根系，研究这10种植物根系丛枝菌根真菌侵染情况、根际土壤丛枝菌根真菌孢子密度及理化性质。结果表明，不同植物根系侵染状况没有达到显著差异，而根际土壤的孢子密度和pH差异显著，且植物根系侵染率与根际土壤的孢子密度呈显著正相关。
关键词 煤矸石山；孢子密度；侵染率；理化性质
中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）04-031-03
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.012
Abstract The massive accumulation of coal gangue has caused serious damage to the mining area environment. AMF can improve the ability of plants to survive and grow under stress conditions. In this paper， an artificial restoration of gangue mountain in Datong Jinhua Palace for about 10-20 years was chosen to collect ten different plant roots， such as Lepidium apetalum， Agropyron cristatum and Stipa capillata， and the infection status of arbuscular mycorrhizal fungi of the ten plants， the density of AMF and physicochemical properties of plant rhizosphere soil were studied. The results showed that the infection status of different plant roots did not reach significant difference， but the difference of spore density and pH value in root soil were significant， and the infection rate of plant root system was positively correlated with the density of spore density in plant rhizosphere soil.
Key words Coal gangue hill； Spore density； Infection rate； Physical and chemical properties
大同地區煤矿资源丰富，被称为“煤都”，但是由于过去长期的开采，煤矸石大量堆积造成了矿区生态被严重破坏[1]。植物修复价格低廉，对环境扰动少，近年来植物修复煤矸石山污染已成为一个研究热点[2]，然而由于煤矸石山水分及氮、磷等养分含量低，植物生长困难[3]。丛枝菌根真菌（ArbuscularMycorrhizal Fungi，AMF）能够促进植物对土壤中元素的吸收[4]，提高植物在逆境条件下存活和生长的能力[5-6]，而目前关于AMF技术应用到煤矸石山生态恢复中的研究较少，且所选用的AMF菌种也极少来源于煤矿区土壤。笔者以大同晋华宫矿煤矸石山植物为研究对象，研究不同植物AMF侵染情况以及根际土壤的理化性质，希望为矸石的生态恢复和重建提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 采样区概况
大同晋华宫矿位于山西省北部，经纬度为40°N，113°E；平均海拔是1 056 m。所选煤矸石山复垦年限10～20年，覆土17 cm左右。
1.2 样品采集
在采样区采集植物的根样。每种植物的根样分别在3～4个不同的位置采集。把各类植物的根及其所在的一部分土壤分开并且相对应地装入提前备好的封口袋中，带回实验室检测。
1.3 试验指标测定
选择新鲜的细根采用曲利苯蓝染色法测定泡囊侵染率、丛枝侵染率及菌根总侵染率[7]；采用湿筛倾注-蔗糖离心法测定孢子密度[8]；土壤pH、EC值、全氮、有机质和速效磷测定参照《土壤农化分析》[9]。
1.4 数据分析
采用Excel 2003作图，SPSS 23进行方差分析，Duncan法进行多重比较，Pearson相关系数进行相关性检验。
2 结果与分析
2.1 菌根的侵染情况
图1显示，植物的AMF侵染率达到41%～75%，植物的AMF泡囊率达到12%～34%，但不同植物间的差异性没达到显著水平。
2.2 孢子密度与根际土壤的理化性质
由图2（a）可以看出，植物根际pH范围为7.1～7.6，不同根际土壤pH差异显著，其中独行菜、早熟禾、sp.1、sp.2、sp.3根际pH显著高于冰草、阿尔泰狗娃花、虎尾草和万年蒿，针茅根际土壤pH显著高于虎尾草。由图2（b）和图2（c）可以看出，植物根际土壤电导率为0.07～0.11 mS/cm，含水量为11%～26%，不同植物根际电导率和含水量差异没有达到显著水平。由图2（d）可以看出，不同植物根际土壤的AMF孢子密度差异显著，早熟禾、冰草、阿尔泰狗娃花、针茅、虎尾草和sp.2显著高于独行菜和sp.3。 3.3 相关分析
由表1可以看出，植物根系侵染率与泡囊率呈极显著正相关关系（P<0.01），与根际土壤孢子数呈显著正相关关系（P<0.05），植物根系泡囊率与根际土壤含水量有显著正相关关系（P<0.05）；根际土壤含水量与pH有显著负相关关系（P<0.05）。
3 讨论
在人工复垦的煤矸石山上采集的10种植物，其菌根的AMF侵染率为41%～75%，高于草原生态系统中菌根的AMF侵染率20%～80%[10]，可能原因是AMF可以提高宿生植物的抗逆性[5，11]，因而在逆境条件下宿主对AMF的依赖性增加。该研究中AMF孢子密度为15～30个/10 g土，少于笔者以前在风化年限长的煤矸石山土壤（50～60年）的研究及冀春花等在西北干旱地区草甸、草原土壤的研究，多于农田、荒漠土壤[12]，且不同植物根际AMF土壤孢子密度差异显著，土壤中AMF孢子密度与根系AMF侵染率呈正相关关系，表明AMF对植物根系的侵染与土壤中AMF数量有关，土壤中AMF数量越高，对植物的侵染越强；然而该研究中不同植物之间的菌根AMF侵染率没有达到显著性差异，可能原因是由于所取植物根系生长的土壤异质性，造成同一种植物根系侵染率变异大掩盖了不同植物间的差异，有研究表明AMF对短命植物的侵染程度，会受到植物种类的显著影响[13]。
根际土壤的理化性质中，pH在7.1～7.6，土壤偏碱性，并且在不同的植物之间其差异性达到了显著水平，表明植物对根际土壤的pH影响较大；而植物根际含水量、电导率等受环境影响较大，植物对其没有显著影响。
参考文献
[1] 连增增， 谭志祥， 李培现， 等. 老矿区煤矸石山的综合治理与利用研究[J]. 煤炭工程， 2010（8）： 86-88.
[2] 江春玉， 盛下放， 何琳燕， 等. 一株铅镉抗性菌株WS34的生物学特性及其对植物修复铅镉污染土壤的强化作用[J]. 环境科学学报， 2008， 28（10）： 1961-1968.
[3] 李文， 任晓旭， 蔡体久. 不同排矸年限煤矸石废弃地养分含量及重金属污染评价[J]. 林业科学， 2011， 47（6）： 162-166.
[4] 毕银丽， 吴王燕， 刘银平. 丛枝菌根在煤矸石山土地复垦中的应用[J]. 生态学报， 2007， 27（9）： 3738-3743.
[5] BELTRANO J， RONCO M G. Improved tolerance of wheat plants（Triticum aes tivum L.） to drought stress and rewatering by the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus claroideum： effect on growth and cell membrane stability[J]. Brazilian Jour nal of Plant Physiology， 2008， 20： 29-37.
[6] 赵仁鑫， 郭伟， 付瑞英， 等. 丛枝菌根真菌在不同类型煤矸石山植被恢复中的作用[J]. 环境科学， 2013， 34（11）： 4447-4454.
[7] PHILLIPS J M， HAYMAN D S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular arbuscular mycor rhizal fungi for rapid assessment of infection[J]. Transactions of the British Mycological Society， 1970， 55（1）： 158-161.
[8] DALPE Y. Vesicular arbuscular mycorrh iza. In soil sampling and methods of analysis[M]. CARTER MR. Lewis Publishers： Boca Raton， 1993：287-301.
[9] 鮑士旦. 土壤农化分析[M].3版. 北京： 中国农业出版社， 2000.
[10] YANG G W， LIU N， LU W J， et al. The inter action between arbuscular mycorrhizal fungi and soil phosphorus availability influences plant community productivity and ecosystem stability[J]. Journal of Ecology， 2014， 102： 1072-1082.
[11] TIAN H， GAI J P， ZHANG J L， et al. Arbuscular mycorrhizal fungi in degraded typical steppe of Inner Mongolia[J]. Land Degradation & Development， 2010， 20（1）：41-54.
[12] 冀春花， 张淑彬， 盖京苹， 等. 西北干旱区AM真菌多样性研究[J]. 生物多样性， 2007（1）： 77-83.
[13] SHI Z Y， LIU D H， WANG F Y. Spatial variation of arbuscular mycorrhizal fungi in two vegetation types in Gurbantonggut Desert[J]. Contemporary Problems of Ecology， 2013， 6（4）： 455-464.
责任编辑：郑丹丹
关键词 煤矸石山；孢子密度；侵染率；理化性质
中图分类号：X172 文献标识码：A 文章编号：2095-3305（2018）04-031-03
DOI： 10.19383/j.cnki.nyzhyj.2018.04.012
Abstract The massive accumulation of coal gangue has caused serious damage to the mining area environment. AMF can improve the ability of plants to survive and grow under stress conditions. In this paper， an artificial restoration of gangue mountain in Datong Jinhua Palace for about 10-20 years was chosen to collect ten different plant roots， such as Lepidium apetalum， Agropyron cristatum and Stipa capillata， and the infection status of arbuscular mycorrhizal fungi of the ten plants， the density of AMF and physicochemical properties of plant rhizosphere soil were studied. The results showed that the infection status of different plant roots did not reach significant difference， but the difference of spore density and pH value in root soil were significant， and the infection rate of plant root system was positively correlated with the density of spore density in plant rhizosphere soil.
Key words Coal gangue hill； Spore density； Infection rate； Physical and chemical properties
大同地區煤矿资源丰富，被称为“煤都”，但是由于过去长期的开采，煤矸石大量堆积造成了矿区生态被严重破坏[1]。植物修复价格低廉，对环境扰动少，近年来植物修复煤矸石山污染已成为一个研究热点[2]，然而由于煤矸石山水分及氮、磷等养分含量低，植物生长困难[3]。丛枝菌根真菌（ArbuscularMycorrhizal Fungi，AMF）能够促进植物对土壤中元素的吸收[4]，提高植物在逆境条件下存活和生长的能力[5-6]，而目前关于AMF技术应用到煤矸石山生态恢复中的研究较少，且所选用的AMF菌种也极少来源于煤矿区土壤。笔者以大同晋华宫矿煤矸石山植物为研究对象，研究不同植物AMF侵染情况以及根际土壤的理化性质，希望为矸石的生态恢复和重建提供理论和实践依据。
1 材料与方法
1.1 采样区概况
大同晋华宫矿位于山西省北部，经纬度为40°N，113°E；平均海拔是1 056 m。所选煤矸石山复垦年限10～20年，覆土17 cm左右。
1.2 样品采集
在采样区采集植物的根样。每种植物的根样分别在3～4个不同的位置采集。把各类植物的根及其所在的一部分土壤分开并且相对应地装入提前备好的封口袋中，带回实验室检测。
1.3 试验指标测定
选择新鲜的细根采用曲利苯蓝染色法测定泡囊侵染率、丛枝侵染率及菌根总侵染率[7]；采用湿筛倾注-蔗糖离心法测定孢子密度[8]；土壤pH、EC值、全氮、有机质和速效磷测定参照《土壤农化分析》[9]。
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2 结果与分析
2.1 菌根的侵染情况
图1显示，植物的AMF侵染率达到41%～75%，植物的AMF泡囊率达到12%～34%，但不同植物间的差异性没达到显著水平。
2.2 孢子密度与根际土壤的理化性质
由图2（a）可以看出，植物根际pH范围为7.1～7.6，不同根际土壤pH差异显著，其中独行菜、早熟禾、sp.1、sp.2、sp.3根际pH显著高于冰草、阿尔泰狗娃花、虎尾草和万年蒿，针茅根际土壤pH显著高于虎尾草。由图2（b）和图2（c）可以看出，植物根际土壤电导率为0.07～0.11 mS/cm，含水量为11%～26%，不同植物根际电导率和含水量差异没有达到显著水平。由图2（d）可以看出，不同植物根际土壤的AMF孢子密度差异显著，早熟禾、冰草、阿尔泰狗娃花、针茅、虎尾草和sp.2显著高于独行菜和sp.3。 3.3 相关分析
由表1可以看出，植物根系侵染率与泡囊率呈极显著正相关关系（P<0.01），与根际土壤孢子数呈显著正相关关系（P<0.05），植物根系泡囊率与根际土壤含水量有显著正相关关系（P<0.05）；根际土壤含水量与pH有显著负相关关系（P<0.05）。
3 讨论
在人工复垦的煤矸石山上采集的10种植物，其菌根的AMF侵染率为41%～75%，高于草原生态系统中菌根的AMF侵染率20%～80%[10]，可能原因是AMF可以提高宿生植物的抗逆性[5，11]，因而在逆境条件下宿主对AMF的依赖性增加。该研究中AMF孢子密度为15～30个/10 g土，少于笔者以前在风化年限长的煤矸石山土壤（50～60年）的研究及冀春花等在西北干旱地区草甸、草原土壤的研究，多于农田、荒漠土壤[12]，且不同植物根际AMF土壤孢子密度差异显著，土壤中AMF孢子密度与根系AMF侵染率呈正相关关系，表明AMF对植物根系的侵染与土壤中AMF数量有关，土壤中AMF数量越高，对植物的侵染越强；然而该研究中不同植物之间的菌根AMF侵染率没有达到显著性差异，可能原因是由于所取植物根系生长的土壤异质性，造成同一种植物根系侵染率变异大掩盖了不同植物间的差异，有研究表明AMF对短命植物的侵染程度，会受到植物种类的显著影响[13]。
根际土壤的理化性质中，pH在7.1～7.6，土壤偏碱性，并且在不同的植物之间其差异性达到了显著水平，表明植物对根际土壤的pH影响较大；而植物根际含水量、电导率等受环境影响较大，植物对其没有显著影响。
参考文献
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[3] 李文， 任晓旭， 蔡体久. 不同排矸年限煤矸石废弃地养分含量及重金属污染评价[J]. 林业科学， 2011， 47（6）： 162-166.
[4] 毕银丽， 吴王燕， 刘银平. 丛枝菌根在煤矸石山土地复垦中的应用[J]. 生态学报， 2007， 27（9）： 3738-3743.
[5] BELTRANO J， RONCO M G. Improved tolerance of wheat plants（Triticum aes tivum L.） to drought stress and rewatering by the arbuscular mycorrhizal fungus Glomus claroideum： effect on growth and cell membrane stability[J]. Brazilian Jour nal of Plant Physiology， 2008， 20： 29-37.
[6] 赵仁鑫， 郭伟， 付瑞英， 等. 丛枝菌根真菌在不同类型煤矸石山植被恢复中的作用[J]. 环境科学， 2013， 34（11）： 4447-4454.
[7] PHILLIPS J M， HAYMAN D S. Improved procedures for clearing roots and staining parasitic and vesicular arbuscular mycor rhizal fungi for rapid assessment of infection[J]. Transactions of the British Mycological Society， 1970， 55（1）： 158-161.
[8] DALPE Y. Vesicular arbuscular mycorrh iza. In soil sampling and methods of analysis[M]. CARTER MR. Lewis Publishers： Boca Raton， 1993：287-301.
[9] 鮑士旦. 土壤农化分析[M].3版. 北京： 中国农业出版社， 2000.
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[12] 冀春花， 张淑彬， 盖京苹， 等. 西北干旱区AM真菌多样性研究[J]. 生物多样性， 2007（1）： 77-83.
[13] SHI Z Y， LIU D H， WANG F Y. Spatial variation of arbuscular mycorrhizal fungi in two vegetation types in Gurbantonggut Desert[J]. Contemporary Problems of Ecology， 2013， 6（4）： 455-464.
责任编辑：郑丹丹