根瘤菌对石漠化生态系统三叶草生长的影响研究

张敬宜　王金　华思斯

摘 要：通过采集石漠化地区的土壤，在实验室中以盆栽实验模拟石漠化生态系统，在豆科植物红三叶草上分别回接4株根瘤菌来研究石漠化生态系统中豆科植物接种不同根瘤菌后的生长态势。通过测定三叶草的株高、冠幅、光合速率、蒸腾速率等指标，比较分析得出接种根瘤菌对石漠化地区豆科植物的生长具有显著的促进作用。

关键词：根瘤菌；石漠化；三叶草；光合特性

中图分类号 X171.1 文献标识码 A 文章编号 1007-7731（2014）07-15-02

石漠化（rock desertification），即“石质荒漠化”的简称，是指在热带、亚热带湿润半湿润气候条件和岩溶极其发育的自然背景下，受人为活动干扰，地表植被遭受破坏，导致土壤严重流失、基岩大面积裸露或砾石堆积的土地退化现象[1]。石漠化是岩溶地区土地退化的极端形式，是喀斯特脆弱生态环境下，地表呈现类似石漠景观的岩石逐渐裸露的演变过程，它不断吞噬土地，造成土壤肥力和土地生产力下降，导致严重的水土流失、植被退化等一系列生态问题，极大地影响着人们的生存环境[2]。

根瘤菌是一类存在于土壤中的革兰氏阴性细菌，它能够侵染豆科植物的根部或茎部形成共生体——根瘤（或茎瘤），并在其中将空气中的游离态氮转化成植物可以利用的化合态氮，为宿主植物的生长提供必需的氮素营养。根瘤菌-豆科植物共生固氮体系是已知固氮能力最强的生物固氮体系之一，能有效促进植物生长，增加土壤肥力[3-4]。在土地生态系统恢复策略中，豆科植物-根瘤菌共生体系的应用越来越受到世界范围的高度重视。

本研究通过在实验室中以盆栽实验模拟石漠化生态系统，以三叶草为载体，研究豆科植物-根瘤菌对三叶草各项生长指标和光合特性的影响，初步探索豆科植物-根瘤菌对石漠化土壤生态系统的影响，以期为石漠化的综合治理提供理论依据。

1 材料与方法

1.1 供试植物、土壤及菌株 供试植物种子为红三叶草（Trifolium pretense L.）种子，由昆明源数园林绿化有限公司提供，种子栽培8个月后，选择生长状况相似的植物用于根瘤菌回接试验；供试土壤采自宜良帽子山南坡，因石漠化（岩溶）地区土层薄，仅采集0～15cm表层土；供试菌株分离自宜良石漠化地区豆科植物新鲜根瘤（表1）。

1.2 实验方法 自播种之日开始长至5个月时，测量各组三叶草的每盆植株数、平均叶片数、平均株高和平均冠幅；生长至6个月时，用便携式LI-6400XT光合仪测定净光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）、气孔导度（Cond）的日变化值以及计算各组的水分利用率（WUE=Pn/Tr）。所测的数据用SPSS15.0软件进行分析。

2 结果与分析

2.1 接种根瘤菌对三叶草各项生理指标的影响 从表2可以看出，接种根瘤菌的4组，三叶草的每盆植株数和每株平均叶片数都比ck的高，每盆植株数的比较结果为：2>4>3>1>ck，每株平均叶片数的比较结果为：2>4>1>3>ck；回接根瘤菌的实验组平均株高与平均冠幅都比未接种根瘤菌的对照组的高，且存在显著性差异，其中第2组，即接种SWFU-R30菌株的实验组各项生理指标在各个实验组中是最高的，其平均株高、平均冠幅分别比ck组的高出53.87%、32.33%，平均株高与平均冠幅的比较结果均为：2>4>3>1>ck。以上4项生理指标显示出，接种根瘤菌能促进三叶草的生长。

2.2 接种根瘤菌对三叶草光合特性的影响 由图1和图2可以看出，各组的净光合速率日变化和蒸腾速率日变化都是双峰型的。4个实验组的净光合速率和蒸腾速率在各个时间段几乎都高于ck组，其中接种SWFU-R30菌株第2组三叶草的净光合速率和蒸腾速率均是最高的。

气孔导度与光合速率、蒸腾速率之间均存在一定的联系，气孔通过控制开合度来控制光合速率和蒸腾速率，光合速率与蒸腾速率对气孔导度也存在影响。图3中各组的变化趋势均没有呈现出一定的规律，但可以看出第2组的气孔导度一直处于比较高的水平，ck组一直是最低值，这与净光合速率和蒸腾速率的结果是一致的，进一步说明了三者之间的关系：气孔导度与净光合速率、蒸腾速率在一定范围内呈正相关。

水分利用率是光合速率和蒸腾速率的比值，图4中的曲线也都出现了2个峰，且都是在11∶00和17∶00时出现。在7∶00～11∶00，各组的水分利用率都呈现先下降后上升的趋势，其中第2组的水分利用率最高，说明在上午光照强度不是很大的情况下接种SWFU-R30菌株的三叶草植株对水分的利用率最高，但是该组植株从13∶00开始水分利用率一直低于其它实验组植株；13∶00～17∶00，第4组的水分利用率一直处于最高水平，表明接种该株菌后的植株比较适合在石漠化地区干旱缺水的条件下生长。

3 结论与讨论

综上所述，接种根瘤菌的三叶草在模拟的石漠化生态系统下生长态势良好，各项指标均比不接种根瘤菌的三叶草要高。目前，我国西南地区的石漠化现象越来越严重，加快石漠化土地的综合治理是西南岩溶地区一项迫在眉睫的任务[8]。由于石漠化地区的植被覆盖率低，恢复与重建植被就成为土地石漠化综合治理中最主要和最基本的措施[9]。本次试验通过在石漠化地区豆科植物上回接根瘤菌来对石漠化地区的生态系统进行修复，结果显示，SWFU-R30菌株和SWFU-R1039对三叶草的各项生理指标、光合特性和土壤肥力和蓄水能力的提高均具有比较显著的作用，因此可以考虑将这2株菌株作为石漠化生态系统修复的优良菌株。

参考文献

[1]王宏远，韩志敏，刘子琦.中国喀斯特地区石漠化成因及其危害研究概述[J].安徽农业科学，2011，39（11）：6 680-6 684.

[2]孙凡，徐胜旺，马生丽，等.典型喀斯特地区季节性石漠化与生态环境建设[J].西南农业大学学报，2011，9（5）：1-5.

[3]樊利秦，庄培亮，马兰珍，等.厚荚相思根瘤菌对盆栽苗木生长及土壤肥力的影响[J]. 生态学，2004，23（4）：289-291.

[4] Committee on a Study of Technologies to Benefit Farmers in Africa and South Asia，National Research Council. Emerging Technologies to Benefit Farmers in Sub-Saharan Africa and South Asia.The National Academies Press.Washington，D.C. 2008，145-176.

[5]Vidal C，Chantreuil C，Berge O，et al.Mesorhizobium metallidurans sp.nov.，a metal-resistant symbiont of Anthyllis vulneraria growing on metallicolous soil in Languedoc，France.International Journal of Systematic and Evolutionary Microbiology，2009，59： 850-855.

[6]Zaidi A，Khan MS，Aamil M.Bioassociative effect of rhizospheric microorganisms on growth，yield and nutrient uptake of greengram.Journal of Plant Nutrition，2004，27：599-610.

[7]韦革宏，马占强.根瘤菌-豆科植物共生体系在重金属污染环境修复中的地位、应用及潜力.微生物学报，2010，50（11）：1 421-1 430.

[8]苏维词.中国西南岩溶山区石漠化治理的优化模式及对策[J].水土保持学报，2002，16（5）：54.

[9]蒋德明，曹成有，李雪华，等.科尔沁沙地植被恢复及其对土壤的改良效应[J].生态环境，2008，17（3）：1 135.

（责编：张宏民）

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（责编：张宏民）