叢枝菌根真菌接種對旱地小麥生產(chǎn)力和土壤質(zhì)量的影響及機(jī)理.pdf

1、在黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)，低水多變的土壤環(huán)境是春小麥生長的最大制約因子，地膜覆蓋和施加化肥為主的旱作農(nóng)業(yè)技術(shù)從一定程度上提高了作物產(chǎn)量和水分利用效率，但導(dǎo)致土壤質(zhì)量下降，水生產(chǎn)力還有較大的提升空間，研發(fā)環(huán)境友好型的水土管理和生態(tài)修復(fù)技術(shù)成為目前人們關(guān)注的熱點(diǎn)。叢枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi,AMF)是一類植物專性營養(yǎng)共生微生物，前期研究表明AMF能提高植物根系水分和養(yǎng)分吸收和利用，有利于植株生長和土壤

2、養(yǎng)分循環(huán)，具有顯著的生產(chǎn)和生態(tài)效應(yīng)。然而，AMF能否對旱地春小麥起到類似的促進(jìn)作用？能否融合到地膜覆蓋技術(shù)中發(fā)揮更佳效果？對土壤質(zhì)量和作物產(chǎn)量是否有積極促進(jìn)作用？其生理生態(tài)機(jī)理如何？對上述問題的回答需要系統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
　　本研究以從澳大利亞西部小麥帶土壤中分離到的三種AMF菌種為接種源，包括光壁無梗囊霉(Acaulospora laevis，ID：Sunsex)、根內(nèi)球囊霉(Glomus intraradices)和單孢球囊霉(

3、Glomus monosporum，ID：WUM11)，在甘肅省榆中縣實(shí)驗(yàn)站從2011–2015年開展了盆栽和大田實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行系統(tǒng)性的觀測和研究，以期回答以上問題。盆栽實(shí)驗(yàn)以六倍體栽培品種L8275、四倍體栽培品種DM31和二倍體栽培品種MO4為實(shí)驗(yàn)材料，通過設(shè)置不同水分梯度，揭示AMF接種條件下不同倍體小麥水分利用、產(chǎn)量差異、進(jìn)化特征及根冠通訊機(jī)理。大田實(shí)驗(yàn)以六倍體栽培品種L8275為實(shí)驗(yàn)材料，開展如下三個(gè)相對獨(dú)立但又緊密聯(lián)系的實(shí)驗(yàn)：1

4、）將三種AMF分別單一和混合接種條件下，研究春小麥水分利用、生長、生物量積累和產(chǎn)量形成、根際土養(yǎng)分和可培養(yǎng)微生物類群的變化；2）裸地和地膜覆蓋條件下，探討春小麥水分利用、生長、生物量積累和產(chǎn)量形成的特征。3）地膜覆蓋條件下，研究接種三個(gè)不同AMF菌種（單一和混合接種）對春小麥水分利用、生長、生物量積累和產(chǎn)量形成及土壤養(yǎng)分和微生物多樣性的影響。主要得出如下結(jié)論：
　　1.接種三種AMF均能顯著提高六倍體春小麥(L8275)的生長和籽

5、粒產(chǎn)量，接種光壁無梗囊霉(AL)和根內(nèi)球囊霉(Gi)能顯著提高四倍體春小麥(DM31)的生長和籽粒產(chǎn)量，并提高二倍體春小麥(MO4)的千粒重，有利于提高不同基因型小麥對干旱的適應(yīng)策略，表明本研究所選AMF適用于旱地春小麥。不同AMF對不同基因型小麥的生理生態(tài)和生長特征的影響存在一定的差異，綜合分析，光壁無梗囊霉(AL)對提高不同基因型小麥的干旱適應(yīng)策略優(yōu)于根內(nèi)球囊霉(Gi)；三種AMF對六倍體春小麥(L8275)的抗旱促生增產(chǎn)效果為Gm

6、>AL>Gi。
　　2.不論干旱年份還是濕潤年份，不論單接種還是混合接種AMF，均能改善不同時(shí)期小麥的生長、顯著提高小麥菌根侵染率和籽粒產(chǎn)量。AMF通過改善產(chǎn)量形成因素(分蘗數(shù)、有效穗、穗粒數(shù)和穗粒重等)，增加了繁殖分配，改善R-V指數(shù)，而顯著提高收獲指數(shù)和籽粒產(chǎn)量。表明從西澳引進(jìn)的AMF對旱地田間春小麥(L8275)同樣具有促生、增產(chǎn)效果。
　　3.大田生產(chǎn)條件下，分別添加AMF對兩個(gè)年份根際土養(yǎng)分和5類可培養(yǎng)微生物類群的

7、影響結(jié)果顯示，添加AMF處理顯著影響了根際土微生物類群的數(shù)量，不同微生物類群與土壤養(yǎng)分存在顯著的相關(guān)關(guān)系；接種AMF有利于土壤水分的吸收利用和恢復(fù)；AMF處理提高全氮和有效鉀的含量，但整體上降低根際土有機(jī)質(zhì)和有效磷的含量，不利于半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)土壤的可持續(xù)性。主成分分析結(jié)果顯示，2014濕潤年份和2015干旱年份降雨量對根際土養(yǎng)分和微生物類群的影響效應(yīng)高于AMF處理，表明水分是影響半干旱雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)“根際養(yǎng)分–根際微生物–AMF–寄主植物

8、之間相互作用”的主要限制因素，添加AMF對根際微生物、水分和養(yǎng)分發(fā)揮微調(diào)控效應(yīng)。該研究有助于揭示根際養(yǎng)分–根際微生物–AMF–寄主植物之間相互作用的根際過程。
　　4.地膜覆蓋條件下添加外源AMF，在地膜覆蓋的基礎(chǔ)上，不論干旱年份還是濕潤年份均進(jìn)一步提高了凈經(jīng)濟(jì)產(chǎn)出。2014年添加AMF與僅地膜覆蓋處理相比，凈收入顯著提高了45％–125%，與裸地處理相比，凈收入顯著提高了90%–195%；2015年添加AMF與僅地膜覆蓋處理相比

9、，凈收入顯著提高了61%–96%，與裸地處理相比，凈收入顯著提高了453%–576%，表明干旱條件下，添加AMF更能保產(chǎn)增加收益。與此同時(shí)，添加AMF與僅地膜覆蓋處理相比，2014年土壤有機(jī)碳含量提高了16.5%，2015年提高了1.9%，表明添加AMF還能提高土壤碳的周轉(zhuǎn)和恢復(fù)的能力，有利于旱地農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性。
　　5.地膜覆蓋條件下添加外源AMF與地膜覆蓋兩種農(nóng)藝措施均能提高旱地農(nóng)田生產(chǎn)力，但兩者的促生增產(chǎn)機(jī)制不同：與

10、裸地接種AMF效果相同，兩個(gè)年份接種地膜覆蓋條件下添加外源AMF均使異速生長指數(shù)趨于0.9–1.0(0

11、的提高。
　　6.在裸地和地膜覆蓋條件下，分別添加AMF對兩個(gè)年份根際土養(yǎng)分影響的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，兩個(gè)年份裸地添加AMF，均降低根際土有機(jī)質(zhì)含量；而兩個(gè)年份地膜覆蓋條件下添加AMF，均能提高根際土有機(jī)質(zhì)含量。而且地膜覆蓋條件下添加外源AMF均提高了根際土放線菌、座囊菌的群落組成和AMF的多樣性，有利于根際土養(yǎng)分的周轉(zhuǎn)和水分的吸收，同時(shí)還有利于改善土壤質(zhì)量。而且通過叢枝菌根真菌多樣性分析，進(jìn)一步確認(rèn)了添加的AMF已經(jīng)在根際定殖并發(fā)揮作

12、用。表明地膜覆蓋條件下添加外源AMF這一農(nóng)藝措施更有利于土壤的可持續(xù)發(fā)展。
　　綜上所述，本研究通過盆栽控水實(shí)驗(yàn)和大田實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了從西澳大利亞小麥帶土壤中分離到的三種AMF菌種對黃土高原雨養(yǎng)農(nóng)業(yè)區(qū)的旱地春小麥均有促生增產(chǎn)效應(yīng)。盆栽控水實(shí)驗(yàn)從AMF接種對小麥氣體交換參數(shù)、膜損傷、滲透調(diào)節(jié)物質(zhì)、氧化酶活性和激素(ABA)等方面的影響，揭示了干旱脅迫下AMF對不同倍體春小麥的促生增產(chǎn)機(jī)理。而大田實(shí)驗(yàn)回答了AMF接種在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用的促生增