磷添加和丛枝菌根真菌对羊草根系构型以及植株养分吸收利用的影响

doi:10.11686/cyxb2024362

草业学报 ›› 2025, Vol. 34 ›› Issue (8): 165-178.DOI: 10.11686/cyxb2024362

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磷添加和丛枝菌根真菌对羊草根系构型以及植株养分吸收利用的影响

郭亮¹(), 胡雨彤¹^,²^,³(), 廖雨¹, 龚成毓¹, 杨晓燕¹, 管上淇¹, 鞠成琦¹

^1.新疆农业大学资源与环境学院，新疆乌鲁木齐 830052
^2.新疆土壤与植物生态过程重点实验室，新疆乌鲁木齐 830052
^3.新疆种植业绿色生产工程技术研究中心，新疆乌鲁木齐 830052

收稿日期:2024-09-24 修回日期:2024-11-11 出版日期:2025-08-20 发布日期:2025-06-16
通讯作者: 胡雨彤
作者简介:E-mail： hyt_533@163.com
郭亮（1998-），男，新疆和田人，在读硕士。E-mail： 18197778366@163.com
基金资助:
新疆维吾尔自治区自然科学基金(2022D01A187)

The impact of phosphorus addition and arbuscular mycorrhizal fungi on root architecture and nutrient utilization in Leymus chinensis

Liang GUO¹(), Yu-tong HU¹^,²^,³(), Yu LIAO¹, Cheng-yu GONG¹, Xiao-yan YANG¹, Shang-qi GUAN¹, Cheng-qi JU¹

^1.College of Resources and Environment，Xinjiang Agricultural University，Urumqi 830052，China
^2.Key Laboratory of Soil and Plant Ecological Processes，Urumqi 830052，China
^3.Xinjiang Green Production Engineering Research Center of Crop Industry，Urumqi 830052，China

Received:2024-09-24 Revised:2024-11-11 Online:2025-08-20 Published:2025-06-16
Contact: Yu-tong HU

摘要/Abstract

摘要：

本研究探讨了磷添加和丛枝菌根真菌（AMF）侵染对羊草根系构型及养分吸收利用的影响。试验采用根袋盆栽方法，设置4个磷水平处理（P₀： 0 mg·kg^-1， P₁： 11.32 mg·kg^-1， P₂： 22.63 mg·kg^-1， P₃： 33.95 mg·kg^-1）和两种AMF处理（接种与未接种）交互作用共8个处理，每个处理重复5次。结果表明，磷和AMF处理显著影响羊草的根系生物量，接种AMF显著提高P₁和P₂处理下的根系生物量。AMF处理提高了总根长和总生物量，但对根平均直径、总根体积和分枝数有降低趋势。土壤理化性质分析表明，AMF处理提高了碱性磷酸酶活性和速效磷含量。养分分析表明AMF接种和磷处理显著影响植株P含量，降低了氮磷比，且AMF在高磷处理下提高了磷利用效率。此外，磷和AMF的交互作用对分形维数、分形丰度、根袋内pH、土壤速效磷和羊草地上部分磷含量均表现出显著影响。总体而言，P₁施磷和AMF接种显著改善了羊草的根系生物量和构型，提高了养分吸收与利用效率。

关键词: 羊草, 丛枝菌根真菌, 根系构型, 养分吸收, 养分利用

Abstract:

This study investigated the effects of phosphorus addition and arbuscular mycorrhizal fungus （AMF） inoculation on the root architecture and nutrient absorption of Leymus chinensis. A pot experiment was conducted with four phosphorus levels （P₀： 0 mg·kg^-1； P₁： 11.32 mg·kg^-1； P₂： 22.63 mg·kg^-1； P₃： 33.95 mg·kg^-1） and two AMF treatments （inoculated and uninoculated）， resulting in a total of eight treatments， each with five replicates. It was found that phosphorus and AMF treatments significantly affected root biomass of L. chinensis. Root biomass was significantly increased under P₁ and P₂ treatments， while AMF treatment increased total root length and total biomass but tended to decrease root average diameter， root volume， and number of branches. Soil physicochemical analysis indicated that AMF treatment enhanced alkaline phosphatase activity and soil available phosphorus content. Nutrient analysis revealed that AMF inoculation and phosphorus treatment significantly increased plant phosphorus content， reduced the nitrogen to phosphorus ratio， and increased phosphorus utilization efficiency （PUE） under high phosphorus conditions. Moreover， a significant interaction was observed between phosphorus and AMF， characterized by significant change in fractal dimension， fractal abundance， pH inside root bags， soil available phosphorus， and phosphorus content in the aboveground parts of L. chinensis. In summary， appropriate phosphorus application and P₁ AMF inoculation significantly improved root biomass and architecture of L. chinensis， enhancing nutrient absorption and utilization efficiency.

Key words: Leymus chinensis, arbuscular mycorrhizal fungi, root architecture, nutrient absorption, nutrient utilization

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图/表 15

图1 不同磷梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的地上、地下、总生物量及根冠比的影响不同小写字母表示不同处理之间在P<0.05水平差异显著。下同。Different lowercase letters indicate significant differences among different treatments at the P<0.05 level. The same below.

Fig.1 Effects of different phosphorus gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） on aboveground biomass， belowground biomass， total biomass， and root to shoot ratio of L. chinensis

表1 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草生物量和根冠比的双因素方差分析

Table1 Two-way ANOVA of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on the L. chinensis biomass and root to shoot ratio

因子 Factor	生物量Biomass			根冠比 Root/shoot
因子 Factor	地上 Above ground	地下 Below ground	总计 Total	根冠比 Root/shoot
AMF	6.383**	7.930***	9.503***	3.151*
P	3.709	15.810***	16.496***	7.266*
AMF×P	1.500	0.377	0.254	1.115

图2 不同磷梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的总根长、总根表面积、根平均直径、总根体积、根尖数和分枝数的影响

Fig.2 Effects of different phosphorus gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on total root length，total surface area， average root diameter， total root volume， number of root tips， and number of branches of L. chinensis

表2 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草根系平面几何构型参数的双因素方差分析

Table 2 Two-way ANOVA of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on the root architectural parameters of L. chinensis

因子

Factor

总根长

Total root length

总根表面积

Total root surface area

根平均直径

Root average diameter

总根体积

Root volume

根尖数

Number of root tips

分枝数

Number of branches

图3 不同磷梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的比表面积、分枝密度、分形维数和分形丰度的影响

Fig.3 Effects of different phosphorus gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF）treatments on the specific root surface area， branching density， fractal dimension， and fractal abundance of L.chinensis

表3 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草立体几何构型参数的双因素方差分析

Table 3 Two-way ANOVA of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on the spatial geometric parameters of L. chinensis

因子

Factor

比表面积

Specific

surface area

分枝密度

Branching

density

分形维数

Fractal

dimension

分形丰度

Fractal

abundance

表4 不同施磷处理下菌根侵染频率和侵染强度

Table 4 Mycorrhizal colonization frequency （MCF） and mycorrhizal colonization intensity （MCI） under different phosphorus treatments （%）

菌处理 Fungal treatment	处理 Treatment	侵染频率 MCF （%）	侵染强度 MCI （%）
+AMF	P₀	100a	38.27±1.93a
	P₁	100a	40.13±1.45a
	P₂	100a	34.50±3.56b
	P₃	100a	27.04±1.19c

图4 不同磷梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的根袋内外pH、碱性磷酸酶和速效磷的影响

Fig.4 Effects of different phosphorus gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on the pH， alkaline phosphatase， and soil available phosphorus inside and outside the root bag of L. chinensis

表5 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对土壤pH、碱性磷酸酶活性和土壤速效磷含量的双因素方差分析

Table 5 Two-way ANOVA of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on soil pH， alkaline phosphatase activity， and soil available phosphorus content

因子 Factor	pH		碱性磷酸酶Alkaline phosphatase		速效磷Soil available phosphorus
因子 Factor	根袋内 Inside root bag	根袋外 Outside root bag	根袋内 Inside root bag	根袋外 Outside root bag	根袋内 Inside root bag	根袋外 Outside root bag
AMF	5.094*	50.631***	11.273**	19.580***	98.149***	5.166*
P	0.603	3.175*	1.390	8.869**	77.561***	321.517***
AMF×P	3.687*	2.058	0.407	1.284	3.230*	9.735***

图5 不同磷梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的地上地下部碳、磷、氮含量的影响

Fig.5 Effects of different phosphorus gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF）treatments on the carbon， phosphorus， and nitrogen contents of the aboveground and belowground parts of L. chinensis

表6 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的地上地下部碳、磷、氮含量双因素方差分析

Table 6 Two-way ANOVA of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on the carbon， phosphorus， and nitrogen contents of the aboveground and belowground parts of L. chinensis

因子 Factor	碳含量Carbon content		磷含量Phosphorus content		氮含量Nitrogen content
因子 Factor	地上Aboveground	地下Belowground	地上Aboveground	地下Belowground	地上Aboveground	地下Belowground
AMF	0.466	27.113***	4.164*	5.542**	2.063	16.627***
P	2.516	1.125	106.267***	22.699***	19.191***	2.771
AMF×P	0.539	0.368	27.343***	1.490	0.298	0.465

图6 不同磷梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的氮磷比、磷吸收量、磷吸收效率和磷利用效率的影响

Fig.6 Effects of different phosphorus gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on the nitrogen to phosphorus ratio， phosphorus uptake， phosphorus acquisition efficiency， and phosphorus utilization efficiency of L. chinensis

表7 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对羊草的氮磷比、磷吸收量、磷吸收效率和磷利用效率的双因素方差分析

Table 7 Two-way ANOVA of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF）treatments on the nitrogen to phosphorus ratio， phosphorus uptake，phosphorus acquisition efficiency， and phosphorus utilization efficiency of L. chinensis

因子

Factor

氮磷比

N/P

磷吸收量

Phosphorus

uptake

磷吸收效率

Phosphorus

acquisition

efficiency

磷利用效率

Phosphorus

utilization

efficiency

图7 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对土壤、根系构型、氮磷比、磷吸收效率、磷利用效率和总生物量影响的偏最小二乘法通径模型（PLS-PM）分析土壤包括速效磷与碱性磷酸酶；根系构型包括比表面积、平均直径、比根长、分枝密度。路径系数显示了各变量之间的直接影响程度及其显著性水平，虚线表示不存在显著性关系，实线表示存在显著关系，红色表示负影响，蓝色表示正影响，箭头粗细表示影响程度大小。*： P<0.05； **： P<0.01； ***： P<0.001； Soil includes available phosphorus and alkaline phosphatase； Root morphology （root） includes specific surface area， average diameter， specific root length， and branching density. Path coefficients indicate the direct effects between variables and their significance levels. Dashed lines represent non-significant relationships， while solid lines represent significant relationships. Red indicates a negative effect， blue indicates a positive effect， and the thickness of the arrows indicates the magnitude of the effect.

Fig.7 Partial least squares path modeling （PLS-PM） analysis of the effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on soil， root configuration （Root）， nitrogen to phosphorus ratio （N/P）， phosphorus absorption efficiency （PAE）， phosphorus use efficiency （PUE）， and total biomass （TB）

图8 不同磷（P）梯度和丛枝菌根真菌（AMF）处理对土壤、根系构型、氮磷比、磷吸收效率、磷利用效率和总生物量影响的直接和间接效应

Fig.8 Direct and indirect effects of different phosphorus （P） gradients and arbuscular mycorrhizal fungi （AMF） treatments on soil， root morphology， nitrogen to phosphorus ratio， phosphorus uptake efficiency， phosphorus utilization efficiency， and total biomass

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磷添加和丛枝菌根真菌对羊草根系构型以及植株养分吸收利用的影响

The impact of phosphorus addition and arbuscular mycorrhizal fungi on root architecture and nutrient utilization in Leymus chinensis

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图/表 15

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