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第 48 卷增 1煤炭学报Vol.48Supp.12023 年4 月JOUNAL OF CHINA COAL SOCIETYApril2023菌剂混施对各粒径矸石性质及苜蓿生长的影响孔涛1，张开1，黄丽华1，狄军贞2，王翼翔1，张加良1(1辽宁工程技术大学 环境科学与工程学院，辽宁 阜新123000;2辽宁工程技术大学 土木工程学院，辽宁 阜新123000)摘要:矿区矸石山由于养分贫瘠、微生物活性低，复垦难度高。微生物修复技术目前已成为矿区生态复垦的研究热点。为明确哈茨木霉菌(TH)、胶质芽孢杆菌(BM)与丛枝菌根真菌(AMF)3 种菌剂在不同粒径煤矸石(大粒径(510 mm)、中粒径(25 mm)、小粒径(02 mm)中的复垦效果，设置单施、双菌混施、三菌混施及对照共 8 个处理，进行盆栽试验，测定紫花苜蓿生长指标、基质养分含量和基质微生物指标。结果表明，单施处理中，丛枝菌根真菌(AMF)对不同粒径基质综合改良效果最佳，总体上能显著提升紫花苜蓿的生长指标和不同粒径基质养分含量，将紫花苜蓿生物量提高了 1739%4043%。菌剂混施处理对不同粒径基质综合改良效果均好于单施处理，其中TH 和 BM 混施、TH 和 AMF 混施对基质过氧化氢酶、蔗糖酶、有效磷、MBC 的提升表现出了强烈的互补效果，BM 和 AMF 对基质碱解氮、有效磷、速效钾、MBC 质量分数、磷酸酶、蛋白酶活性表现出了强化作用。各处理对小粒径基质的综合改良效果均优于大、中粒径基质，原因在于基质粒径越小，比表面积越大，越有利于微生物附着生长;同时，小粒径基质的孔隙较小，小孔隙保存水分的时间长于大孔隙。各处理中，TH+BM+AMF，AMF+TH，TH+BM 分别为大、中、小粒径基质综合改良效果最佳的处理，分别将紫花苜蓿生物量提升了 8261%，8669%，12639%，对紫花苜蓿的根长、生物量和基质 MBN 质量含量均具有协同作用。综合来说，TH，BM，AMF 菌剂混施技术可以作为矸石山一种良好的复垦技术，建议根据矸石山中煤矸石粒径大小选用相应的菌剂混施处理。关键词:哈茨木霉菌;胶质芽孢杆菌;丛枝菌根真菌;菌剂混施;煤矸石中图分类号:TD88文献标志码:A文章编号:02539993(2023)S1024111移动阅读收稿日期:20220429修回日期:20220811责任编辑:韩晋平DOI:1013225/jcnkijccs20220615基金项目:辽宁工程技术大学学科创新团队资助项目(LNTU20TD21);辽宁省高等学校基本科研资助项目(LJKMZ20220680)作者简介:孔涛(1981)，男，陕西渭南人，副教授，硕士生导师，博士。Email:kongtao2005 126com引用格式:孔涛，张开，黄丽华，等 菌剂混施对各粒径矸石性质及苜蓿生长的影响J 煤炭学报，2023，48(S1):241251KONG Tao，ZHANG Kai，HUANG Lihua，et al Effects of mixed application of microbial agents on growth andsubstrate properties of alfalfa in coal gangue matrix with different particle sizes J Journal of China Coal Socie-ty，2023，48(S1):241251.Effects of mixed application of microbial agents on growth and substrateproperties of alfalfa in coal gangue matrix with different particle sizesKONG Tao1，ZHANG Kai1，HUANG Lihua1，DI Junzhen2，WANG Yixiang1，ZHANG Jialiang1(1College of Environmental Science and Engineering，Liaoning Technical University，Fuxin123000，China;2School of Civil Engineering，Liaoning TechnicalUniversity，Fuxin123000，China)Abstract:Due to poor nutrients and low microbial activity，the gangue stockpile in the mining area is difficult to be re-claimed Microbial remediation technology has become a research hotspot of ecological reclamation in the mining areaIn order to clarify the reclamation effect of Trichoderma harzianum(TH)，Bacillus mucilaginosus(BM)and arbus-cular mycorrhizal fungi(AMF)in coal gangue stockpile with different particle sizes，eight treatment schemes were setup，including three single bacteria treatments，three Mixed treatments of bimicrobial agents，one mixed treatment煤炭学报2023 年第 48 卷of three bacteria and control treatment The pot experiment was carried out to determine the growth index，matrix nutri-ent content and matrix microbial index of alfalfa The results showed that in three single bacteria treatments，theAMF had the best comprehensive improvement effect on different particle size substrates In general，the AMF couldsignificantly improve the growth index and nutrient content of alfalfa，and the biomass of alfalfa was increased by 1739%4043%The comprehensive improvement effect of mixed treatments of bacteria on different particle size sub-strates was better than that of single bacteria treatment Among them，the mixed application of TH and BM andthe mixed application of TH and AMF showed a strong complementary effect on the improvement of matrix catalase，su-crase，available phosphorus and MBC The BM and AMF showed a strengthening effect on the content of alkaline hy-drolysis nitrogen，availablephosphorus，availablepotassium，MBC，phosphataseandproteaseactivityThecomprehensive improvement effect of each treatment on small particle size matrix was better than that on large and me-dium particle size matrix The reason was that the smaller the particle size of the substrate，the larger the specific sur-face area，the more conducive to the growth of microorganisms At the same time，the pores of small particle size matrixwere small，and the time for small pores to preserve water was longer than that for large pores Among all treatments，The TH+BM+AMF，AMF+TH and TH+BM were the best comprehensive improvement treatments in large，medium andsmall particle size substrates，respectively The biomass of alfalfa was increased by 8261%，8669%and 12639%，re-spectively There was a synergistic effect on root length，biomass and matrix MBN content of alfalfa In summary，theTH，BM and AMF mixed application technology can be used as a good reclamation technology in gangue stockpile It issuggested that the corresponding mixed application of bacteria should be selected according to the particle sizeof coal gangue in gangue stockpileKey words:Trichoderma harzianum;Bacillus mucilaginosus;arbuscular mycorrhizal fungi;mixed treatment ofbacteria;coal gangue煤矸石是煤矿生产过程中排放的一种含碳量较低、比煤坚硬的黑灰色岩石1。由煤矸石堆积而成的废弃矸石山占用大片土地，不仅造成资源浪费，且对大气、土壤和水体造成一定污染。中国积存煤矸石达 60 亿 t 以上，每年还将排出煤矸石 7 亿 t2。煤矸石山的绿化是煤炭行业急需解决的一个严重问题。煤矸石营养贫瘠、保肥持水能力差、微生物活性低，对植被的恢复产生了极大的限制作用。因此，矸石山复垦难度大，是矿区生态全面修复的难点区域。紫花苜蓿(Medicago Sativa)是世界上广泛种植的一种多年生优质豆科牧草，有牧草之王的美誉。紫花苜蓿营养价值高，粗蛋白、维生素和矿物质含量丰富，氨基酸的组成比较齐全，适口性好，具有广泛的生态适应性和稳定的生产力，因其根系发达，且主根入土深，故抗旱、耐旱能力很强，属抗旱植物，且对基质的要求不高3，因而紫花苜蓿适合种植于养分含量贫瘠的矸石山。微生物菌剂肥效高、成本低、且不污染环境，目前在农牧业生产中使用较为普遍，研究表明，微生物菌剂对矿山修复也有一定效果45。哈茨木霉菌(Tri-choderma harzianum，TH)属于半知菌亚门、丝孢纲、丝孢目，粘孢菌类，是一类普遍存在的真菌，环境适应性强，对营养需求不高，能够增加基质速效养分含量6，促进植物增长。学者们710 将哈茨木霉菌施用于水稻、西红柿、甜茶和杉木等粮食和经济作物中，发现该菌剂对基质质量和作物产量具有显著的提升效果。研究表明，哈茨木霉菌主要通过对基质的解磷解钾作用、对植物的生理调节作用来达到增产效果11。胶质芽孢杆菌(Bacillus mucilaginosus，BM)作为一种重要的根际促生菌，可分解硅酸盐矿物，提高基质中可溶性磷、钾的含量，促进植物生长，提升基质结 构 稳 定 性12。丛 枝菌 根 真 菌(arbuscularmycorrhizal fungus，AMF)可通过菌丝与植物根系形成共生菌根，提高植物根系对养分元素的吸收范围与吸收能力，有利于基质中大团聚体的形成和稳定13，提高基质微生物的多样性14，改变基质质量，促进植物生长15。周亮生等16 的研究表明，丛枝菌根真菌在养分受限的环境中对基质改良效果更为明显。上述3 种菌剂在基质改良中的应用较为广泛，但多为单一菌剂施用，而菌剂单施存在一定的局限性，如 AMF 生长较慢，培育周期长;BM 仅对基质速效钾有较显著的提升效果。研究表明1719，菌剂混施能弥补单一菌剂功能的不足，与单施相比能显著提高植物产量，改善基质质量。矸石山中煤矸石风化程度不同，因而导致不同堆积年限矸石山粒径大小不同，阳坡、阴坡粒径大小也不同20，因此需要针对不同粒径的煤矸242增刊 1孔涛等:菌剂混施对各粒径矸石性质及苜蓿生长的影响石进行相应的复垦技术研究。笔者针对不同粒径煤矸石基质，采用菌剂联合施用技术来提高煤矸石的养分，增加植物产量，为矸石山修复提供技术支撑，为菌剂间相互关系研究提供理论依据。1材料与方法1.1供试材料供试煤矸石基质采自辽宁阜新市海州露天矿矸石山(12168E，4197N)表层 020 cm，为砂岩类煤矸石，由石英、长石、伊利石等矿物组成。该基质本底值 pH=635，有机质质量分数为 1048 g/kg，全氮、全磷、全钾质量分数分别为 145，1348，073 g/kg;碱解氮、有效磷、速效钾质量分数分别为 9223，2335，17607 mg/kg。基质中砷、镉、铜、铅、汞、镍质量分数为 306，034，37 75，28 53，0 06，43 72 mg/kg，低于(GB 366002018)土壤环境质量 建设用地土壤污染管控标准(试行)，第 1 类用地筛选值;铬质量分数为 6109 mg/kg，低于第 2 类用地管制值;第 2 类用地包括绿化用地，因此该煤矸石山符合绿化标准，可作为绿化用地。依据全国土壤普查外业调查与采样技术规范 土壤结构描述中粒状土壤大小的分类，筛选出大粒径(510 mm)、中粒径(25 mm)、小粒径(02 mm)3 类不同粒径煤矸石，风干后供盆栽试验用。试验用绿色木霉菌浓度为 101010CFU/g;丛枝菌根真菌选择菌根效应较好的摩西球囊霉菌(Glo-mus mosseae)，菌种为内含真菌孢子、菌丝以及被侵染宿主植物根段等繁殖体的根际砂土混合物;芽孢杆菌为胶质芽孢杆菌，菌剂浓度为 201010CFU/g。摩西球囊霉菌由北京市农林科学院丛枝菌根真菌种质资源库提供，其他 2 种由山东绿陇生物科技有限公司提供。宿主植物紫花苜蓿品种为多伦六级紫花苜蓿。试验所用花盆上口径 17 cm，底径 14 cm，高度 15 cm。1.2实验设计经查阅相关资料，并经预试验，以紫花苜蓿生物量为依据，选择生物量最高时的菌剂用量用于本次实验，哈茨木霉菌施用量定为 02%(菌剂与供试基质的质量比，下同)，胶质芽孢杆菌的用量定为 10%，丛枝菌根真菌在基质中的用量定为 30%。笔者于 2020年 5 月通过盆栽试验进行，每盆装入 1 500 g 风干后的煤矸石，并进行菌剂施用处理，煤矸石分为大、中、小 3 种粒径，每种均设置对照(CK)、单施、双菌混施和三菌混施 8 个处理(表 1)，每个处理均设置 5 次重复，共计 120 盆。菌剂施用后浇水至煤矸石含水量达到 18%，撒入 100 粒紫花苜蓿种子，并每天补水维持此含水量，以适宜紫花苜蓿生长，苗高 3 cm 左右开始间苗，最终间苗至 10 株每盆。培养 120 d 后收获测定植物生长指标、基质养分含量、微生物量和酶活性。表 1各处理施加的菌剂及施用量Table 1Bacterial agent and concentration applied in each treatment处理类别处理菌剂施用量/%对照CK不施加菌剂TH哈茨木霉菌02单施BM胶质芽孢杆菌10AMF丛枝菌根真菌30TH+BM哈茨木霉菌+胶质芽孢杆菌02+10双菌混施AMF+TH丛枝菌根真菌+哈茨木霉菌30+02AMF+BM丛枝菌根真菌+胶质芽孢杆菌30+10三菌混施TH+BM+AMF哈茨木霉菌+胶质芽孢杆菌+丛枝菌根真菌02+10+30注:TH 为哈茨木霉菌;BM 为胶质芽孢杆菌;AMF 为丛枝菌根真菌。1.3指标测定紫花苜蓿生长指标包括株高、根长和生物量。基质理化性质和基质呼吸强度根据土壤农化分析21 的方法进行测定。有效磷测定采用钼锑抗比色法;碱解氮的测定采用碱解扩散法;速效钾的测定采用 1 mol/L 的乙酸铵提取火焰光度计法;基质微生物量碳(MBC)、微生物量氮(MBN)采用熏蒸浸提法测定;呼吸强度采用培养氢氧化钠吸收法测定。基质酶活性测定按照关松荫等22 土壤酶及其研究法 进行，基质磷酸酶活性测定采用磷酸苯二钠比色法;基质蔗糖酶活性测定采用二硝基水杨酸比色法;基质蛋白酶活性测定采用茚三酮比色法;基质脲酶活性采用次氯酸钠比色法;过氧化氢酶活性采用容量法。1.4基质综合质量评价方法采用基质质量综合指数(Soil Quality Index，SQI)342煤炭学报2023 年第 48 卷来综合评价各菌剂单施、混施作用下的基质质量。SQI 指数由标准化处理后的基质养分含量和微生物指标通过主成分分析法，以各指标特征值贡献率为权重，加权计算获得。第 1 步，对各指标的原始数据进行标准化处理，标准化公式为Q(Xi)=Xij XiminXimax Ximin式中，Q(Xi)为各因子的隶属度值;Xij为各因子值;Ximax和 Ximin分别为第 i 项因子中的最大值和最小值。第 2 步，运用 SPSS 软件计算因子主成分负荷量，确定各因子在基质质量评价中的贡献大小。基质各指标权重的公式为Wi=Cini=1(Ci)式中，Wi为基质各指标的权重;Ci为第 i 个基质指标的因子负荷量。第 3 步，通过 SQI 公式计算基质质量综合指数为SQI=mi=1Kini=1WiQ(Xi)其中，n 为评价指标的个数，取 11;m 为所选主成分个数，选取特征值大于 1 的主成分进行分析提取，本研究中为 4;Ki为第 i 个主成分的方差贡献率。1.5数据分析所有实验数据均用 SPSS 190 软件进行分析，采用 Duncan 多重比较法进行显著性差异分析，显著性水平为 005;采用 Origin 85 进行绘图。2结果与分析2.1菌剂混施对不同粒径煤矸石基质紫花苜蓿生长指标的影响从图 1 可看出，各菌剂处理总体上能提高不同粒径煤矸石基质上紫花苜蓿的株高、根长和生物量(株高和根长为 10 株紫花苜蓿的均值、生物量为 10 株紫花苜蓿地上和地下生物量的总和)，与对照相比分别提高 110%19011%，1843%9359%，1739%14653%。从总体上看，混施处理下的生长指标显著优于单施处理，双菌混施和三菌混施处理间无显著差异。就紫花苜蓿株高和生物量而言，大粒径煤矸石基质中 TH+BM 混施提升效果均最好，分别比对照显著提高了 10414%和 9217%(P005，P 为显著差异);中粒径基质中 TH+BM+AMF 混施株高提升效果最好，TH+BM 混施生物量提升效果最好，分别比对照显著提高了17104%和 9236%(P005);小粒径基质中 AMF+TH 混施对株高和生物量提升效果均最好，分别比对照显著提高了 19011%和 14653%(P 005)。就根长而言，在大、中粒径基质中 AMF+BM 混施提升效果最好，分别比对照显著提高了 8202%和7872%(P005);小粒径基质中 TH+BM+AMF 混施提升效果最好，比对照显著提高了 9359%(P005)。TH+BM 混施对不同粒径基质株高的提升效果均显著好于各单施处理;AMF+TH 和 AMF+BM 混施在大、中粒径基质中提升效果显著好于各单施处理，在小粒径基质中提升效果与单施无显著差异。上述结果表明，TH+BM 对不同粒径基质紫花苜蓿的株高、AMF+TH 和 AMF+BM 对大中粒径基质株高的提升具有协同作用。同理，TH+BM 和 AMF+BM 混施对不同粒径基质、AMF+TH 对大中粒径基质根长的提升具有协同作用。各双菌混施处理对不同基质中紫花苜蓿生物量的提升均有协同作用。TH+BM+AMF 三菌混施对不同粒径基质紫花苜蓿各生长指标的提升效果均显著好于各单施处理，但与双菌混施无显著差异，表明 TH+BM+AMF 对不同粒径基质紫花苜蓿的生长指标的提升均具有协同作用。总体上看，各菌剂处理对不同粒径间株高和生物量提升效果表现为:小粒径中粒径大粒径，对根长的提升效果则表现为:中粒径大粒径小粒径(图 1)。图 1 中不同大写字母表示同一煤矸石粒径中不同菌剂处理间具有显著差异(P005);不同小写字母表示同一菌剂处理对不同煤矸石粒径间具有差异(P005)。2.2菌剂混施对不同粒径基质养分的质量分数影响各菌剂处理总体上能提高不同粒径煤矸石中的碱解氮、有效磷和速效钾质量分数，与对照相比分别提高 了 1 16%27 54%，12 66%52 12%，480%14015%和 767%5693%(图 2)。就碱解氮质量分数而言，大、小粒径煤矸石基质中 TH+BM 混施提升效果最好，比对照显著提高了5065%和 5212%(P005);中粒径基质中，TH+BM+AMF 三菌混施处理提升效果最好，与对照相比显著提高了 10067%。就有效磷质量分数而言，大、中粒径煤矸石基质中 TH+BM 混施提升效果最好，比对照显著提高了 14015%和 12421%(P005);小粒径基质中，TH+BM+AMF 混施对有效磷质量分数的提升效果最好，与对照相比显著提升了 12565%(P005)。就速效钾质量分数而言，大粒径基质中，TH+BM+AMF 混施提升效果最好，比对照显著提升了4662%(P005);中、小粒径基质中 AMF+BM 混施对442增刊 1孔涛等:菌剂混施对各粒径矸石性质及苜蓿生长的影响图 1不同菌剂处理对紫花苜蓿株高、根长、生物量的影响Fig1Effects of different microbial agent treatments onplant height，root length and biomass of alfalfa速效钾质量分数的提升效果最好，比对照显著提升了5693%和 3184%(P005)。各混施处理中 TH+BM 对大粒径基质、AMF+TH对小粒径基质中碱解氮质量分数的提升具有协同作用，TH+BM 对大粒径基质、TH+BM+AMF 对小粒径图 2不同菌剂处理对基质碱解氮、有效磷、速效钾质量分数的影响Fig2Effects of different microbial agent treatments onavailable N，available P and available K基质中有效磷质量分数的提升具有协同作用，TH+BM+AMF 对不同粒径基质中速效钾质量分数的提升具有协同作用。总体上看各处理对不同粒径基质养分含量的提升效果表现为:小粒径中粒径大粒径。542煤炭学报2023 年第 48 卷2.3菌剂混施对不同粒径基质微生物性质的影响2.3.1菌剂混施对不同粒径基质呼吸强度、微生物量碳、微生物量氮质量分数的影响各菌剂处理均能提高不同粒径基质的呼吸强度、MBC 和 MBN 质量分数，与对照相比分别提高了1324%48 87%，10 88%117 14%和 54 68%34526%(图 3)。就呼吸强度而言，大、中粒径基质中，TH+BM+AMF 混施的提升效果最好，比对照显著提高了4295%和 4887%(P005);小粒径基质中 TH 单施处理提升效果最好，比对照显著提高了 3632%(P005)。就 MBC 质量分数而言，大、中粒径基质中AMF+BM 提升效果最好，比对照显著提高了11714%和 8444%(P005);小粒径基质中 TH+BM+AMF对 MBC 质量含量的提升效果最好，比对照显著提高了 7856%(P005)。就 MBN 质量分数而言，大、中、小粒径基质中 TH+BM+AMF 三菌混施处理下的 MBN 质 量 分 数 均 最 高，比 对 照 显 著 提 高 了29357%，34526%，23161%(P005)。TH+BM+AMF 对大粒径基质呼吸强度、各双菌混施处理对中粒径基质呼吸强度的提升均具有协同作用，各双菌混施处理对不同粒径基质 MBC 和 MBN质量含量的提升均具有协同作用，TH+BM+AMF 对不同粒径基质 MBN 质量分数的提升也具有协同作用。总体上看各处理对不同粒径基质呼吸强度的提升效果表现为:中粒径小粒径大粒径，对 MBC和 MBN 质量分数的提升效果则为:大粒径中粒径小粒径。2.3.2菌剂混施对不同粒径基质酶活性的影响从图 4 可看出，各菌剂处理总体上能提高不同粒径基质的过氧化氢酶、蔗糖酶、脲酶、蛋白酶和磷酸酶活性，与对照相比分别提高了 643%15895%，393%15625%，516%11478%，426%25797%和 137%36132%。就过氧化氢酶和蔗糖酶活性而言，大、中粒径基质中的提升效果最好的均为 TH+BM+AMF，与对照相比该处理下大、中粒径基质过氧化氢酶活性分别显著提高了 15053%和 12636%(P005)，蔗糖酶显著提高了 7358%和 6623%(P005);小粒径基质中提升效果最好的均为 AMF+TH，过氧化氢酶活性比对照显著提高了 15895%，蔗糖酶活性比对照提高了15625%(P005)。就脲酶活性而言，在大、中粒径基质中 AMF+BM 的提升效果最好，比对照显著提高了 10362%和 11478%(P005);在小粒径基质中AMF 单 施 提 升 效 果 最 好，比 对 照 显 著 提 高 了图 3不同菌剂处理对基质呼吸强度、MBC、MBN质量分数的影响Fig3Effects of different microbial agent treatments on soilrespiration intensity，MBC and MBN contents4029%(P005)。就蛋白酶和磷酸酶活性而言，在大粒径基质中提升效果最好的均为 AMF+TH，与对642增刊 1孔涛等:菌剂混施对各粒径矸石性质及苜蓿生长的影响照相比 2 种酶活性分别显著提升了 115 60%和6598%(P005);中粒径基质中蛋白酶活性 AMF+TH 提升效果最好，磷酸酶活性 AMF 单施提升效果最好，分别比对照显著提高了 6598%和 9752%(P005);小粒径基质中提升效果最好的均为 TH+BM，分别比对照显著提升了 25797%和 36132%(P005)。图 4不同菌剂处理对基质酶活性的影响Fig4Effects of different microbial agent treatments on soil enzyme activities742煤炭学报2023 年第 48 卷AMF+BM 对大粒径基质过氧化氢酶活性的提升具有协同作用，TH+BM+AMF 对大粒径基质、TH+BM对小粒径基质蔗糖酶的提升均具有协同作用，AMF+BM 对大、中粒径基质脲酶活性的提升均具有协同作用，AMF+TH 和 AMF+BM 对大粒径基质蛋白酶活性、TH+BM 对小粒径基质蛋白酶活性的提升均具有协同作用，AMF+TH 对大粒径基质、TH+BM 对小粒径基质磷酸酶活性的提升均具有协同作用。从总体上看，各菌剂处理对大、中、小粒径基质过氧化氢酶活性的提升无显著差异，对蔗糖酶和磷酸酶活性的提升效果表现为:小粒径大粒径中粒径，对脲酶和蛋白酶活性的提升效果表现为:小粒径中粒径大粒径。2.4基质综合改良评价由图 5 可看出，与对照相比，菌剂各处理对基质改良综合效果均有显著提升。单施处理中，各菌剂对不同粒径基质综合改良效果表现为:AMFBMTH。各双菌混施处理的 SQI 均显著高于各单施处理，表明TH+BM，AMF+BM 和 AMF+TH 对不同粒径基质综合改良效果均具有显著的协同作用;TH+BM+AMF 三菌混施处理对大粒径基质综合改良效果显著优于其他各处理，对中、小粒径基质的综合改良效果介于单施与双菌混施处理之间，表明 TH+BM+AMF 对大粒径基质综合改良效果具有协同作用，而对中、小粒径基质则无协同作用。图 5不同菌剂处理对基质改良效果综合评价结果Fig5Comprehensive evaluation results of soilimprovement effect of different microbial agent treatments从粒径角度分析，大粒径基质中 TH+BM+AMF综合改良效果最佳，与其他各处理差异显著，比对照处理显著提升了 55289%(P005);中粒径基质中AMF+TH 提升效果最好，比对照处理显著提升了41521%(P005)，但与 AMF+BM 和 TH+BM+AMF混施无显著差异;小粒径基质中，TH+BM 效果最佳，比对照显著提升了30602%(P005)，但与其他 2 种双菌混施处理无显著差异。粒径间进行比较，各处理下小粒径基质的 SQI 值均优于大、中粒径基质，后 2者总体上无显著差异，表明菌剂处理对小粒径基质综合改良效果最好。3讨论哈茨木霉菌(TH)、胶质芽孢杆菌(BM)与丛枝菌根真菌(AMF)3 种菌剂单施均能提高不同粒径煤矸石基质的养分质量分数和总体微生物活性，具有促进养分释放和改良基质微环境的作用，进而促进了紫花苜蓿生长，与本课题组前期研究23 和袁向芬等24、赵仁鑫等25 施用相关菌剂对矸石山进行复垦的的研究结果一致，原因在于 TH 生长过程中能分泌草酸、乙酸、柠檬酸和苹果酸等低分子量有机酸26，而低分子量有机酸能够活化基质中的磷和钾2728，增加煤矸石中有效磷和速效钾的质量分数;同时，低分子量有机酸为土壤微生物提供碳源和能源，提高了基质微生物活性;TH 能产生细胞分裂素、脱落酸、赤霉素等植物生长激素29，和植物建立共生关系时，能穿透植物的表皮，在植物根系定殖，刺激植物生长，并释放诱发植物局部和系统防御反应的化合物，如萜类化合物、酚的衍生物、抗毒素、类黄酮、糖苷配基等30。因而，TH 通过促进生长机制和防御机制最终促进了植物在矸石基质中的生长。BM 在生长过程中会分泌柠檬酸、苹果酸、草酸、酒石酸等有机酸与矿物交互反应31，使矿物元素溶出分解矿物，起到解磷、解钾作用，同时促进了基质微生物的增殖;其自身还可分泌赤霉素、细胞分裂素和吲哚乙酸等物质等物质刺激根毛增生以提高作物对养分的吸收，进而达到增产效果32。AMF 通过菌丝与紫花苜蓿根系形成共生菌根，扩大了紫花苜蓿的根际范围，增加吸收表面积，提高植物对磷和氮的利用率，提高植物根系对养分的吸收能力3334。TH+BM，AMF+TH，AMF+BM 各双菌混施处理和TH+BM+AMF 三菌混施处理总体上对煤矸石基质的改良表现出了协同作用。笔者在研究中，哈茨木霉菌(TH)对过氧化氢酶、蔗糖酶活性具有促进作用，但对有效磷、MBC 质量分数、脲酶和磷酸酶活性提升效果不明显;而胶质芽孢杆菌(BM)和丛枝菌根真菌(AMF)中具有解磷作用，且能增加 MBC 质量分数、磷酸酶活性，同时 AMF 还能提高脲酶活性，但 BM和 AMF 对基质蔗糖酶活性促进作用不明显，BM 对842增刊 1孔涛等:菌剂混施对各粒径矸石性质及苜蓿生长的影响过氧化氢酶活性的促进作用也不明显。因此 TH 和BM 混施、TH 和 AMF 混施对基质上述性质的改良表现出强烈的互补效果。同时，3 种菌剂对基质碱解氮、速效钾质量分数和蛋白酶活性均具有促进作用，TH 与 BM，AMF 双菌混施强化了上述指标的效果。因此，TH 与 BM，AMF 之间的协同作用是互补和强化效果共同作用的结果。而 BM 和 AMF 在 3 种速效养分含量和 MBC 含量、磷酸酶、蛋白酶活性上均具有显著的促进作用，因此 2 者混施强化了这种提升效果，两菌之间的协同作用主要体现为指标的强化作用。各处理对小粒径基质的综合提升效果均显著好于大、中粒径基质，原因在于基质粒径越小，比表面积越大，越有利于微生物附着生长;此外，小粒径基质的孔隙较小，小孔隙保存水分的时间长于大孔隙，而土壤孔隙大小和水分的绝对体积是影响土壤微生物生长的关键因素35;TH+BM 对小粒径基质的过氧化氢酶、蛋白酶和脲酶活性的提升显著高于其他各处理，这是 TH 和 BM 在生长过程中各自分泌的有机酸与小粒径基质中的矿物质交互反应的结果。4 种混施处理中，仅 TH+BM+AMF 处理对大粒径基质的综合改良效果好于中粒径基质，其他混施处理下的大、中粒径基质的改良效果无显著差异。大粒径基质中TH+BM+AMF 综合改良效果最佳，且显著优于其他各处理;该处理在呼吸强度、过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶活性上仅对大粒径基质表现出协同作用，原因在于大粒径煤矸石风化相对较难，因此需要多种微生物相互协同，才能更好地促进复垦效果。中粒径基质中AMF+TH 综合改良效果最佳，但与 AMF+BM 和 TH+BM+AMF 无显著差异。小粒径基质中 TH+BM 综合改良效果最佳，且显著优于其他处理;该处理在蔗糖酶、蛋白酶、磷酸酶活性上仅对小粒径基质表现出协同作用，原因在于相比于大、中粒径，该处理对小粒径煤矸石的速效养分含量提升效果最好，因而促进了酶活性的提高。上述 3 种处理均有 TH 参与，原因在于TH 作为一种丝状真菌，其菌丝可迅速覆盖煤矸石表面并穿入煤矸石的解理面，菌丝体生长产生的伸长压力可使矿物颗粒破碎变小36，能够改变煤矸石的机械组成，使大粒径基质分解为中小粒径基质，促进煤矸石微观结构变好。4结论(1)单施处理中，丛枝菌根真菌(AMF)对不同粒径基质综合改良效果均表现为最佳，总体上能显著提升紫花苜蓿的生长指标和不同粒径基质养分含量。(2)菌剂混施处理对不同粒径基质综合改良的效果均好于单施处理，4 种混施处理总体上能显著提升紫花苜蓿的各生长指标和基质养分质量分数。各处理对小粒径基质的综合改良效果均优于大、中粒径基质。(3)大粒径煤矸石基质中，TH+BM+AMF 综合改良效果最佳，对紫花苜蓿的根长、生物量、呼吸强度、MBC 质量分数、MBN 质量分数、过氧化氢酶、蔗糖酶、蛋白酶活性、速效钾质量分数具有协同作用;中粒径煤矸石基质中，AMF+TH 综合改良效果最佳，对紫花苜蓿的株高、根长、生物量、呼吸强度、MBC 质量分数、MBN 质量分数、磷酸酶活性、速效钾质量分数具有协同作用;小粒径煤矸石基质中，TH+BM 综合改良效果最佳，对紫花苜蓿的株高、根长、生物量、MBN质量分数、蔗糖酶、磷酸酶活性、碱解氮质量分数具有协同作用。参考文献(eferences):1左万庆，奥尼斯，付振娟煤矸石的综合利用技术J 环境与发展，2014，26(4):122123ZUO Wanqing，AO Nisi，FU Zhenjuan Discussion on comprehensiveutilization technology of coal gangueJ Environment Develop-ment，2014，26(4):122123 2朱晓