丛枝菌根真菌(arbuscular mycorrhizal fungi, AMF)是一种广泛存在于自然界的内生菌根真菌, 能够与陆地上80%的植物形成互惠共生体^[1]。AMF的菌丝能通过连接2株及2株以上的宿主根系，在生态环境中形成菌丝网络体，调节宿主营养成分的分配以及增强在生态环境中的竞争力^[2]。此外AMF的根外菌丝体网络能扩大宿主根际区，从土壤中吸收必需的营养物质并将其转移到植物中^[3]。有研究表明，AMF可以显著提高植株地上部、地下部和总生物量^[4]，同时AMF还可提高植株对N、P、K等养分元素的吸收^[5]。然而AMF对养分元素的吸收能力因养分元素和植物不同而产生差异。与非菌根植物相比，菌根植物提高了植物对Ca、Mg、NH₄⁺-N和P的吸收速率，而对K和NO₃^–-N的吸收速率没有影响^[6]。Baslam等^[7]报道接种AMF刺激了玉米(Zea mays)叶片对Zn的积累，提高了叶片的Cu含量，而且与非菌根植物莴苣(Lactuca sativa)相比, 菌根莴苣的Cu、Fe含量更高。AMF可提高茶树(Camellia sinensis)叶片中N、P、K、Ca、Zn和Fe含量，降低Mn和Cu含量^[8]。

氮(N)是陆地生态系统中限制初级生产力的主要养分^[9]。在农林经营管理过程中，施加氮肥是一种重要措施。氮肥的添加会影响AMF的根系侵染率和AMF群落组成^[10]，从而对植物的养分吸收产生影响。贺学礼等^[11]的研究表明，AMF显著提高低氮添加下烟草(Nicotiana tabacum)叶中N、K、Fe含量，而在较高N水平添加下只提高了叶的P含量。王平等^[12]研究了AMF对黄岑(Scutellaria baicalensis)养分元素吸收的影响，随氮添加量的增加黄岑对养分元素的吸收呈先增加后下降的趋势，而且地上部分与地下部分对养分元素的吸收存在较大差异。此外，不同形态氮对植物吸收不同养分元素的影响也存在差异，并且调节不同养分元素在植株不同组织器官中的分配，其作用效果因植株和营养元素而异^[13], Liu等^[14]研究了NO₃^–-N与NH₄⁺-N对西瓜(Citrullus vulgaris)养分元素吸收的影响，当NH₄⁺-N增加时西瓜的K、Ca和Mg含量降低，其体内的微量元素含量一般会增加。然而Yaghoub等^[15]认为，相对于NO₃^–-N，NH₄⁺-N能更有效地提高植株叶片的K、Mg、Ca、Fe和Zn含量。

杉木是我国亚热带地区主要的人工林树种，面积达1.096×10⁷ hm²，约占我国人工林面积的21.4%^[16]。杉木不仅分布面积广，而且还是AMF重要的宿主植物^[13]。然而，目前有关AMF对杉木生长和养分吸收的研究比较少。由于森林植物对不同形态氮(NH₄⁺- N、NO₃^–-N和可溶性有机氮)存在吸收偏好^[17–19], 当前大多数对热带、亚热带地区阔叶树与针叶树的研究表明，该地区的树种偏好吸收NH₄⁺-N，植物对NH₄⁺- N的吸收量占总氮吸收量的55%~98%^{[16–17, 20–23]}。并且，这些植物中受AMF侵染的树种对NH₄⁺-N的吸收能力也要强于NO₃^–-N^[13]，这是否意味着，受AMF侵染的热带、亚热带森林植物在NH₄⁺-N添加下对植物养分的吸收能力要强于NO₃^–-N处理仍有待进一步研究。

基于此，本研究以1 a生杉木幼苗为研究对象，通过接种AMF和添加不同形态的氮肥(NH₄⁺-N、NO₃^–-N)来探究AMF和不同形态氮对杉木的生长和养分元素吸收的影响，以期为杉木优质壮苗培育和科学施肥管理提供数据支持和理论依据。

1 材料和方法 1.1 试验材料

供试土壤   试验土壤来自福建省南平市西芹教学林场的杉木人工林土壤。土壤过2 mm筛, 经121 ℃高温灭菌2 h (间隔2 d重复1次)，冷却以备用，灭菌后土壤的NH₄⁺-N和NO₃^–-N分别为4.102和12.217 mg/kg，总碳、全磷和总氮含量分别为13.749、0.42和1.085 g/kg，有效磷含量为12.68 mg/kg, pH为4.54。

供试菌种   试验用的AMF为摩西球囊霉(Glomus mosseae, Gm)，购买自北京农林科学院植物营养与资源研究所。用灭菌土壤种植玉米并接种AMF进行90 d的扩繁。清除玉米植株地上部分和表层土，将孢子、菌丝和侵染的根段混合物作为接种剂。接种剂的孢子数大约为100 cfu/g soil。

供试植物   杉木(Cunninghamia lanceolata)种子经10% NaClO消毒15 min，再用无菌水冲洗5次，备用。

1.2 试验设计

采用随机区组设计，菌根处理设置为接种AMF (+A)和不接种AMF (-A)。氮肥添加设置添加NH₄⁺- N (NH₄⁺)、添加NO₃^–-N (NO₃^–)和空白对照(CK)，合计6种处理，每种处理重复4次。2020年5月将高温灭菌土装入塑料花盆(底直径30 cm，高20 cm), 每个花盆装入风干灭菌土6 kg。参照张雪^[24]的方法在每个花盆距离土壤表层10 cm处放置500 g菌种接种剂，对照则加入等量灭菌处理的接种剂，调节水分含量到60%。随后每盆播入3粒杉木种子，出苗后进行疏苗，每盆保留1株。杉木出苗4个月后(2020年9月)开始以溶液形式添加氮肥[(NH₄)₂SO₄和KNO₃]，氮的添加量为10 mg N/kg。随后在2020年11月又进行1次氮肥添加，添加量与前一次相当。在整个试验期间，土壤水分含量保持在田间持水量的60%^[24]。

1.3 方法

处理7个月后，用直尺和游标卡尺测量幼苗的基径和株高。然后收获幼苗的根、茎、叶，每处理的根取一部分，放入4 ℃的冰箱保存，用于菌根侵染率的测定。剩下的根、茎、叶分别放进信封袋内，置于105 ℃烘箱杀青30 min，随后在70 ℃烘箱内烘48 h，用于测定植株含水量、养分元素和干质量。

养分元素的测定   采用快速消煮法^[25]。称取0.3 g研磨烘干后的样品放入消煮管中，加入1 mL的蒸馏水和4 mL的H₂SO₄，反应结束后在电炉上进行消煮，在消煮过程中每次加2 mL H₂O₂，总量不得超过10 mL。消煮结束后，冷却并将其转移到100 mL的容量瓶，用蒸馏水定容，然后过滤，最后将过滤液放入ICP-OES (PE 0ptima 8000，美国)中进行K、Ca、Mg、Fe、Mn和Na的测定。P含量采用钼锑抗比色法显色并用分光光度计检测。C、N含量采用碳氮元素分析仪(Isoprime100 Isotope Ratio Mass Spectrometer, UK)进行测定。植株养分总含量(g)为根、茎和叶养分含量的总和。

根系侵染率的测定   采用醋酸墨水染色法^[26]测定。将根剪成长度1 cm的小段放入烧杯，加入10%的KOH至没过根样，放入90 ℃的电热水浴锅中加热60 min，再用浓度为10%的KOH漂白1 h。经漂白处理后的根样用流水冲洗5 min，再用5%乙酸酸化5 min，把根样和5%醋酸墨水染色液于60 ℃水浴锅中染色30 min。染色后的根样放进清水中浸泡12 h以上进行脱色。最后将脱色处理后的根样挑出来放于载玻片上，滴加适量的甘油明胶剂，盖上盖玻片，用手指压扁，放到光学显微镜下进行观测。AMF根系侵染率(F)=(被侵染的根段数/镜检的总根段数)×100%。

1.4 数据分析

用Excel 2010对数据进行处理和Origin 2019建库做图。利用SPSS 25.0软件的独立样本t检验对接种AMF与否的数据进行统计分析，以P<0.05表示差异显著，并用Duncan检验对接种和氮处理的数据进行多重比较。

2 结果和分析 2.1 菌根侵染率状况

从图 1和2可知，接种AMF后的幼苗均有较高的侵染率，均大于50%，但施氮肥处理和对照间均没有显著差异。有约5%的未接种AMF杉木幼苗检测出被侵染。

2.2 幼苗生长状况

从表 1可见，AMF使NH₄⁺-N处理的杉木幼苗基径提高了(24±16)% (P<0.05)，但对NO₃^–-N和CK的基径无显著影响。不同形态氮对基径加粗并无显著差异(P>0.05)。AMF显著提高了杉木幼苗的苗高(P<0.05)，但不同形态氮对苗高增加无显著差异。接种AMF后添加NH₄⁺-N的植株根、茎、叶和总质量均显著高于未接种AMF的。此外，施加NH₄⁺-N和接种AMF的植株茎质量显著高于施加NO₃^–-N的。在CK和施加NO₃^–-N的植株中，接种AMF对根、茎、叶和总质量的影响虽不显著，但接种植株仍略高于未接种植株。

2.3 幼苗的C、N、P含量

接种AMF总体上提高了施肥处理的组织C含量(除NO₃^–-N处理的茎、叶和CK的根外)(图 3)。接种AMF后，CK与NH₄⁺-N处理的茎C含量提高了55%~58%，叶提高了45%~116%。接种AMF使NH₄⁺-N处理的植株C含量提高了(115±64)%，CK处理提高了(46±40)%。植株和叶的C含量在添加NH₄⁺-N处理下增幅较大，均显著高于NO₃^–-N处理。

杉木幼苗的N含量在接种AMF后均显著增加(除NO₃^–-N处理的茎与叶外)(图 4)。接种AMF显著提高了NH₄⁺-N处理的植株总N含量，增加了(116± 44)%，而且显著高于NO₃^–-N处理的[(23±19)%]。

接种AMF后显著提高了植株的P含量(图 5)。接种植株添加NH₄⁺-N后叶的P含量提高了(67± 25)%, 植株的总P含量显著增加(40±20)%，而添加NO₃^–-N处理的植株总P含量显著增加(28±14)%, 添加不同氮处理的P含量差异不显著。

2.4 幼苗的大量元素K、Ca、Mg含量

接种AMF显著提高了CK和NO₃^–-N处理的茎K含量(表 2)，增加了65%~90%，并且显著提高了NH₄⁺-N处理的叶K含量(164±74)%。就整体而言, 添加NH₄⁺- N处理的植株K含量显著增加，增加了(65±13)%。

接种AMF显著提高了叶中Ca含量，提高了10%~65%，但对根和茎的Ca含量无显著影响(表 2)。接种AMF使CK和NH₄⁺-N处理的植株Ca含量分别显著提高了(47±43)%和(49±8)%，且显著高于NO₃^–-N处理(P<0.05)。

接种AMF后，CK茎中Mg含量显著提高了(53±33)%，NH₄⁺-N处理的叶Mg含量提高了(117± 62)% (表 2)，且显著高于NO₃^–-N处理。NH₄⁺-N处理的植株Mg含量增加了(71±18)%，显著高于NO₃^–- N处理。

2.5 幼苗的微量元素Fe、Mn、Na含量

接种AMF使NO₃^–-N处理的根Fe含量显著高于CK与NH₄⁺-N处理(表 3)，NH₄⁺-N处理的茎Fe含量显著增加了(48±20)%，CK和NH₄⁺-N处理的叶Fe含量分别增加了(434±209)%和(133±95)%, 且NH₄⁺-N处理的叶Fe含量显著高于NO₃^–-N处理。CK处理下接种植株的总Fe含量增幅最大[(115± 85)%]，其次为NH₄⁺-N处理[(94±57)%]。

接种AMF使NO₃^–-N处理的根、茎Mn含量显著提高了15%~25% (表 3)。NH₄⁺-N处理的叶和植株Mn含量显著上升了77%~95%，且显著高于CK和NO₃^–-N处理。

接种AMF显著提高了茎和叶的Na含量，NH₄⁺- N处理的增加了110%~190% (表 3)。此外，NH₄⁺-N处理的茎Na含量显著高于CK处理，其叶Na含量显著高于NO₃^–-N处理。NH₄⁺-N处理的植株Na含量增加了(114±76)%。

3 结论和讨论 3.1 AMF和不同形态氮对杉木根系侵染率的影响

本研究结果表明，杉木幼苗接种AMF后根系侵染率均在50%以上，说明AMF能与杉木幼苗形成良好的菌根共生体，杉木是AMF重要的宿主植物，但NH₄⁺-N、NO₃^–-N和对照CK间的AMF侵染率无显著差异，这与前人的研究结果一致。邓胤等^[27]报道不同比例的NH₄⁺-N和NO₃^–-N对玉米根系AMF侵染率没有显著影响，说明添加不同氮素形态对杉木幼苗-AMF共生体没有产生影响。但也有研究表明，添加NH₄⁺-N会促进AMF的侵染, 这是因为相对于NO₃^–-N，AMF对NH₄⁺-N具有偏爱性，NH₄⁺-N处理的AMF有更高的C需求，同时也能获得更多的C含量^[28]。本研究3种施肥处理间没有显著差异可能有2个原因，其一此次施氮含量未达最佳水平，有研究认为最佳施氮水平为0.05~ 0.2 g/kg^[11–12]，本研究的施氮水平较低，2次施肥合计0.02 g/kg; 其次是施肥到收获的时间只有4个月，生长期较短, 尚未对其侵染率产生显著影响。此外本研究中未接种AMF的个别植株出现菌根共生结构，出现了极低的侵染率，这与前人^[27–28]的报道一致，并指出这种极低的侵染率是可接受的。

3.2 AMF和不同形态氮对杉木生长的影响

干质量、基径和苗高是植物生长的重要指标, 对衡量植株生长状况具有重要意义^[29]。本研究结果表明，接种AMF提高了杉木幼苗的总生物量，原因可能是植株接种AMF后，使根系分布范围扩大，根系分泌物会促进岩石的风化，加速营养物质从岩石中析出，进而提高了植株对土壤养分与水分的吸收，促进植株的生长^[30]。此外，接种AMF还可以扩大植株的冠幅，促进植株的光合作用，提高植株的生物量^[31]。本研究结果表明，接种AMF提高了植物器官和植株的C含量，表明AMF可以通过提高植物的光合作用来增加干物质的积累。

接种AMF均提高了施加氮肥对植株苗高和干质量的促进作用，且接种AMF，NH₄⁺-N处理的植株干质量增幅要高于NO₃^–-N处理，可能与植株吸收氮形态的偏好有关，杉木是喜铵植物^[21]，因此, 在实际应用中施用NH₄⁺-N更有利于植株生长。

3.3 AMF和不同形态氮对杉木N、P的影响

接种AMF提高了植株的N含量，这是因为AMF对无机氮有转运吸收机制，但目前还不清楚是AMF直接吸收的氮素还是侵染后引起根系变化而间接吸收的氮素^[32]。前人^[33–34]采用同位素示踪技术与分室培养方法, 报道AMF菌丝能直接吸收无机氮(NO₃^–-N和NH₄⁺-N)，并转化为氨基酸供宿主吸收^[35]。但相对于NO₃^–-N处理，接种AMF显著提高了NH₄⁺- N处理的植株N含量，这是因为AMF对不同形态氮的吸收具有差异性。根外菌丝对NH₄⁺-N的吸收能力高于NO₃^–-N，这是因为NO₃^–-N的移动性较强，容易发生转化，而NH₄⁺-N移动性较弱容易固定吸收^[36–37]。其次，吸收NH₄⁺-N比NO₃^–-N更节能, 因为AMF能直接吸收NH₄⁺-N，而AMF吸收NO₃^–-N后需要经硝酸还原酶还原成NO₂^–-N，再经过亚硝酸盐还原酶还原为NH₄⁺-N^[36]。还有1个原因可能是杉木长期生长于南方的酸性红壤中，土壤pH值较低限制了其硝化作用，从而在长期的进化过程中表现出对NH₄⁺-N较强的吸收和应用能力以及较强的亲和力^[38]。

本研究结果表明，接种AMF植株的P含量均增加，这是因为接种AMF后扩大了根系的范围, 形成巨大的根系网络系统，菌丝能延伸到根与根毛不能到达的地方，从而扩大植株对P的吸收范围。接种AMF的根质量均高于未接种，可以证明这一结论。其次，AMF根际分泌物中的有机酸、磷酸酶以及质子等可以改变土壤结构和理化性质，并且能与微生物相互作用降解土壤中的难溶性磷酸盐, 从而促进植株对P的吸收^[39]。本研究结果表明, NH₄⁺-N处理的叶与植株P含量显著增加，而NO₃^–-N处理的根和茎P含量增幅高于叶。2种施氮处理的植株总P含量均比CK显著增加，这与前人^[40]研究结果相一致，表明氮能有效促进杉木幼苗对P的吸收。此外因为植株吸收NH₄⁺-N后，叶片P的利用效率和P的再转运能力高于NO₃^–-N^[41]，说明NH₄⁺-N有助于P向植株地上部转移，而NO₃^–-N处理有助于提高根和茎的P含量。

3.4 AMF和不同形态氮对杉木矿质元素吸收的影响

本研究结果表明，AMF显著提高了对照植物的Ca、Mg、Fe含量和NH₄⁺-N处理的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Na和NO₃^–-N处理的K和Na含量，说明AMF对杉木幼苗矿质元素的吸收效应不同，且这种吸收效应受不同形态氮添加的影响^[30]。接种AMF，CK植株的Fe含量增幅最显著，其次是Ca含量, 而Mn含量则降低；NH₄⁺-N处理的Na含量增幅最显著，其次是Fe含量，而K含量增幅最低；NO₃^–-N处理的Na含量增幅最大，其次是K含量，而Mn含量最低。可见，AMF对微量元素Fe和Na的促进作用总体上要强于大量元素K和Ca。

通常认为氮形态对植株吸收矿质元素的影响主要是通过影响根际pH和阴阳离子间的平衡来实现的^[42]，Serna等^[43]认为，添加NH₄⁺-N会抑制K、Ca、Mg等元素的吸收，促进对P的吸收，而添加NO₃^–-N与之正好相反。NH₄⁺-N刺激了阴离子的吸收，而减少了对阳离子吸收。本研究结果表明，接种AMF均促进了2种形态氮肥处理的杉木幼苗对K、Ca、Mg、Fe、Mn、Na的吸收，且NH₄⁺-N处理的Ca、Mg、Mn和Na含量显著高于NO₃^–-N处理。这与前人^[42]的研究结果不一致，可能是AMF对植物矿质元素的促进吸收能力强于NH₄⁺-N的抑制能力。本研究中接种AMF降低了对照植株中Mn含量，与王平等^[12]的研究结果一致，在低氮环境下接种AMF对Mn的吸收具有负效应，因为低氮环境下植株营养不足，影响矿质元素的吸收与重新分配^[12]。

接种AMF与添加不同形态氮不仅影响杉木幼苗对各种养分元素的吸收，还可调节养分元素在不同器官组织的分布。在本研究结果表明，接种AMF的幼苗叶片，对照的Ca、Mg、Fe、Na含量，NH₄⁺-N处理的K、Ca、Mg、Fe、Mn、Na含量，以及NO₃^–-N处理的Mg、Fe含量的增幅均高于茎和根，说明AMF有利于促进营养元素的吸收和增强向上转移的能力，将营养元素输送到最重要的器官组织，以满足植物光合作用的需要，表明丛枝菌根真菌具有调节养分元素重新分配的能力。

AMF的接种促进了杉木幼苗的生长及对矿质元素的吸收，与添加NO₃^–-N相比，添加NH₄⁺-N的促进作用更显著，与根、茎相比，杉木叶中更容易富集这些矿质元素。从杉木优质壮苗培育与施肥的角度来看，接种AMF并施加NH₄⁺-N肥有助于促进杉木的生长与养分吸收。