根瘤菌對石漠化生態系統三葉草生長的影響研究

張敬宜　王金　華思斯

摘 要：通過采集石漠化地區的土壤，在實驗室中以盆栽實驗模擬石漠化生態系統，在豆科植物紅三葉草上分別回接4株根瘤菌來研究石漠化生態系統中豆科植物接種不同根瘤菌后的生長態勢。通過測定三葉草的株高、冠幅、光合速率、蒸騰速率等指標，比較分析得出接種根瘤菌對石漠化地區豆科植物的生長具有顯著的促進作用。

關鍵詞：根瘤菌；石漠化；三葉草；光合特性

中圖分類號 X171.1 文獻標識碼 A 文章編號 1007-7731（2014）07-15-02

石漠化（rock desertification），即“石質荒漠化”的簡稱，是指在熱帶、亞熱帶濕潤半濕潤氣候條件和巖溶極其發育的自然背景下，受人為活動干擾，地表植被遭受破壞，導致土壤嚴重流失、基巖大面積裸露或礫石堆積的土地退化現象[1]。石漠化是巖溶地區土地退化的極端形式，是喀斯特脆弱生態環境下，地表呈現類似石漠景觀的巖石逐漸裸露的演變過程，它不斷吞噬土地，造成土壤肥力和土地生產力下降，導致嚴重的水土流失、植被退化等一系列生態問題，極大地影響著人們的生存環境[2]。

根瘤菌是一類存在于土壤中的革蘭氏陰性細菌，它能夠侵染豆科植物的根部或莖部形成共生體——根瘤（或莖瘤），并在其中將空氣中的游離態氮轉化成植物可以利用的化合態氮，為宿主植物的生長提供必需的氮素營養。根瘤菌-豆科植物共生固氮體系是已知固氮能力最強的生物固氮體系之一，能有效促進植物生長，增加土壤肥力[3-4]。在土地生態系統恢復策略中，豆科植物-根瘤菌共生體系的應用越來越受到世界范圍的高度重視。

本研究通過在實驗室中以盆栽實驗模擬石漠化生態系統，以三葉草為載體，研究豆科植物-根瘤菌對三葉草各項生長指標和光合特性的影響，初步探索豆科植物-根瘤菌對石漠化土壤生態系統的影響，以期為石漠化的綜合治理提供理論依據。

1 材料與方法

1.1 供試植物、土壤及菌株 供試植物種子為紅三葉草（Trifolium pretense L.）種子，由昆明源數園林綠化有限公司提供，種子栽培8個月后，選擇生長狀況相似的植物用于根瘤菌回接試驗；供試土壤采自宜良帽子山南坡，因石漠化（巖溶）地區土層薄，僅采集0～15cm表層土；供試菌株分離自宜良石漠化地區豆科植物新鮮根瘤（表1）。

1.2 實驗方法 自播種之日開始長至5個月時，測量各組三葉草的每盆植株數、平均葉片數、平均株高和平均冠幅；生長至6個月時，用便攜式LI-6400XT光合儀測定凈光合速率（Pn）、蒸騰速率（Tr）、氣孔導度（Cond）的日變化值以及計算各組的水分利用率（WUE=Pn/Tr）。所測的數據用SPSS15.0軟件進行分析。

2 結果與分析

2.1 接種根瘤菌對三葉草各項生理指標的影響 從表2可以看出，接種根瘤菌的4組，三葉草的每盆植株數和每株平均葉片數都比ck的高，每盆植株數的比較結果為：2>4>3>1>ck，每株平均葉片數的比較結果為：2>4>1>3>ck；回接根瘤菌的實驗組平均株高與平均冠幅都比未接種根瘤菌的對照組的高，且存在顯著性差異，其中第2組，即接種SWFU-R30菌株的實驗組各項生理指標在各個實驗組中是最高的，其平均株高、平均冠幅分別比ck組的高出53.87%、32.33%，平均株高與平均冠幅的比較結果均為：2>4>3>1>ck。以上4項生理指標顯示出，接種根瘤菌能促進三葉草的生長。

2.2 接種根瘤菌對三葉草光合特性的影響 由圖1和圖2可以看出，各組的凈光合速率日變化和蒸騰速率日變化都是雙峰型的。4個實驗組的凈光合速率和蒸騰速率在各個時間段幾乎都高于ck組，其中接種SWFU-R30菌株第2組三葉草的凈光合速率和蒸騰速率均是最高的。

氣孔導度與光合速率、蒸騰速率之間均存在一定的聯系，氣孔通過控制開合度來控制光合速率和蒸騰速率，光合速率與蒸騰速率對氣孔導度也存在影響。圖3中各組的變化趨勢均沒有呈現出一定的規律，但可以看出第2組的氣孔導度一直處于比較高的水平，ck組一直是最低值，這與凈光合速率和蒸騰速率的結果是一致的，進一步說明了三者之間的關系：氣孔導度與凈光合速率、蒸騰速率在一定范圍內呈正相關。

水分利用率是光合速率和蒸騰速率的比值，圖4中的曲線也都出現了2個峰，且都是在11∶00和17∶00時出現。在7∶00～11∶00，各組的水分利用率都呈現先下降后上升的趨勢，其中第2組的水分利用率最高，說明在上午光照強度不是很大的情況下接種SWFU-R30菌株的三葉草植株對水分的利用率最高，但是該組植株從13∶00開始水分利用率一直低于其它實驗組植株；13∶00～17∶00，第4組的水分利用率一直處于最高水平，表明接種該株菌后的植株比較適合在石漠化地區干旱缺水的條件下生長。

3 結論與討論

綜上所述，接種根瘤菌的三葉草在模擬的石漠化生態系統下生長態勢良好，各項指標均比不接種根瘤菌的三葉草要高。目前，我國西南地區的石漠化現象越來越嚴重，加快石漠化土地的綜合治理是西南巖溶地區一項迫在眉睫的任務[8]。由于石漠化地區的植被覆蓋率低，恢復與重建植被就成為土地石漠化綜合治理中最主要和最基本的措施[9]。本次試驗通過在石漠化地區豆科植物上回接根瘤菌來對石漠化地區的生態系統進行修復，結果顯示，SWFU-R30菌株和SWFU-R1039對三葉草的各項生理指標、光合特性和土壤肥力和蓄水能力的提高均具有比較顯著的作用，因此可以考慮將這2株菌株作為石漠化生態系統修復的優良菌株。

參考文獻

[1]王宏遠，韓志敏，劉子琦.中國喀斯特地區石漠化成因及其危害研究概述[J].安徽農業科學，2011，39（11）：6 680-6 684.

[2]孫凡，徐勝旺，馬生麗，等.典型喀斯特地區季節性石漠化與生態環境建設[J].西南農業大學學報，2011，9（5）：1-5.

[3]樊利秦，莊培亮，馬蘭珍，等.厚莢相思根瘤菌對盆栽苗木生長及土壤肥力的影響[J]. 生態學，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]韋革宏，馬占強.根瘤菌-豆科植物共生體系在重金屬污染環境修復中的地位、應用及潛力.微生物學報，2010，50（11）：1 421-1 430.

[8]蘇維詞.中國西南巖溶山區石漠化治理的優化模式及對策[J].水土保持學報，2002，16（5）：54.

[9]蔣德明，曹成有，李雪華，等.科爾沁沙地植被恢復及其對土壤的改良效應[J].生態環境，2008，17（3）：1 135.

（責編：張宏民）

[3]樊利秦，莊培亮，馬蘭珍，等.厚莢相思根瘤菌對盆栽苗木生長及土壤肥力的影響[J]. 生態學，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]韋革宏，馬占強.根瘤菌-豆科植物共生體系在重金屬污染環境修復中的地位、應用及潛力.微生物學報，2010，50（11）：1 421-1 430.

[8]蘇維詞.中國西南巖溶山區石漠化治理的優化模式及對策[J].水土保持學報，2002，16（5）：54.

[9]蔣德明，曹成有，李雪華，等.科爾沁沙地植被恢復及其對土壤的改良效應[J].生態環境，2008，17（3）：1 135.

（責編：張宏民）

[3]樊利秦，莊培亮，馬蘭珍，等.厚莢相思根瘤菌對盆栽苗木生長及土壤肥力的影響[J]. 生態學，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]韋革宏，馬占強.根瘤菌-豆科植物共生體系在重金屬污染環境修復中的地位、應用及潛力.微生物學報，2010，50（11）：1 421-1 430.

[8]蘇維詞.中國西南巖溶山區石漠化治理的優化模式及對策[J].水土保持學報，2002，16（5）：54.

[9]蔣德明，曹成有，李雪華，等.科爾沁沙地植被恢復及其對土壤的改良效應[J].生態環境，2008，17（3）：1 135.

（責編：張宏民）