《Pedobiologia》：Arbuscular Mycorrhizal Fungi Improve Root-Soil Composite Strength of
Cenchrus fungigraminus Under Different Slope Gradients
编辑推荐：
•坡角的增大对植物生长和土壤强度产生负面影响，而丛枝菌根真菌（AMF）定植减轻了这些负面影响。•AMF接种改善了根系-土壤复合体的内聚力，改善程度随坡角增大而增加，但在45°时仍存在一定限度。•AMF促进根系纤维素合成，增强根系抗拉强度，促进土壤团聚体形成。•AMF为干旱矿区
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坡角的增大对植物生长和土壤强度产生负面影响，而丛枝菌根真菌（AMF）定植减轻了这些负面影响。
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AMF接种改善了根系-土壤复合体的内聚力，改善程度随坡角增大而增加，但在45°时仍存在一定限度。
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AMF促进根系纤维素合成，增强根系抗拉强度，促进土壤团聚体形成。
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AMF为干旱矿区废渣倾倒场边坡加固提供了一种生物策略。
引言
长期以来，煤炭一直是中国能源结构的重要组成部分，露天开采在总产量中占有较大份额（Li和Li，2022）。采矿作业产生大量废渣，通常通过倾倒和回填方式进行处置，形成大面积废渣堆（Jambhulkar和Kumar，2019；Koner和Chakravarty，2015）。随着采矿活动的加剧，这些废渣堆的表面面积持续扩大，边坡稳定性逐渐降低，滑坡、泥石流等地质灾害风险不断升高，严重威胁人类生命和财产安全（Cheskidov等，2014；Ranjan等，2017）。因此，从安全和经济角度来看，确保边坡稳定性已成为一项关键议题。植被恢复越来越多地被视为加固脆弱废渣堆边坡的可持续方式。植物根系通过锚固和抗拉效应为土壤提供加固作用，增强土壤内聚力和抗剪强度，同时改善土壤理化性质（Waldron，1977；Genet等，2005）。因此在边坡上建立植被有助于矿区生态系统的长期可持续性。
中国西北干旱半干旱露天煤矿区降雨稀少、蒸发强烈、昼夜温差大。这些恶劣条件加剧了土壤退化，裸露的废渣堆边坡尤为严重。废渣堆表面面积的扩大进一步加速了土壤水分和养分的流失，加剧了基质上的机械应力，严重制约了植物的定植和生长（Zhang等，2015；Shrestha和Lal，2011）。稀疏的植被无法有效抵御雨水侵蚀，发育不良的根系系统不能充分加固土壤，导致边坡缺乏有效保护。为解决这些问题，已提出若干策略，包括：（1）选择本地适生植物物种（Ranjan等，2017）；（2）在坡地上施用聚合物复合肥料（Li等，2022b）；（3）利用生物地织网（Guerra等，2010）。然而，每种方法都存在固有局限性。重建后的坡面土壤通常养分贫乏且水分不足，制约了本地适生物种的定植。聚合物肥料在强降雨下容易被淋溶流失，而生物地织网成本高且需要持续维护。因此，这些方法只能为倾倒场边坡防护提供有限的长期解决方案。
基于微生物的修复技术最近在西部煤矿区生态恢复中引起了广泛关注。土壤微生物通过根-菌相互作用增强植物防御机制，从而提高植物抗逆性并调节生态系统功能（Asmelash等，2016）。在这些微生物中，丛枝菌根真菌（AMF）尤为引人注目，因为它们与大多数陆生植物形成共生关系（Smith和Read，2008）。AMF促进植物从贫营养土壤中吸收水分和养分（Johnson等，2010），通过调节植物生理和代谢活动促进根系生长，并改善土壤理化性质（Rillig等，2002；Bedini等，2009）。尽管已有大量文献记录了AMF的这些益处，但以往关于AMF介导土壤加固的研究大多在平地或单一坡角条件下进行，主要关注均匀地形条件下植物生长促进和土壤团聚。然而，坡角本身作为一种复合胁迫，同时改变水分可利用性、养分分布以及对根系的机械负荷。这种复合胁迫如何与AMF的共生效益相互作用，从而影响根系-土壤复合体的力学性质，目前仍不明确。因此，系统地研究不同坡角梯度下AMF接种对根系-土壤力学性质的影响，对于评估其在边坡稳定中的潜在应用至关重要。为验证这一潜力，需要选择一种根系发达的适宜植物。
C. fungigraminus具有发达的根系、快速生长、对恶劣条件的高耐受性和持久的生态效益（Ru等，2025），非常适合中国西部矿区边坡的水土保持。除了稳定表层土壤并提供即时保护外，该物种还能持续改善土壤条件，有利于复垦矿区生态农业的发展（Lin等，2025）。
因此，我们开展了2×3因子盆栽试验，研究AMF接种和坡角如何交互影响C. fungigraminus的生长和根系发育，并比较不同坡角条件下AMF接种对植物根系生长和根系-土壤复合体性质的影响。研究结果预计将为干旱半干旱矿区植被稳定提供理论依据和技术支撑，从而帮助减少矿业企业和地方政府在生态恢复方面所需的持续投入。我们提出以下假设：（1）更陡的坡角对植物生长产生更显著的负面影响；（2）AMF接种通过多种途径缓解坡角胁迫并增强根系-土壤复合体强度：（2a）AMF增加根系密度，从而加固土壤基质；（2b）AMF通过改变根系化学成分（如增加纤维素含量）提高单根抗拉强度；（2c）AMF通过促进土壤团聚体形成间接增强根系-土壤复合体强度。本研究旨在阐明AMF通过提升植物对坡角胁迫的耐受性来增强植物抗逆性的生理和生态机制。本研究结果还为干旱半干旱矿区以及类似退化生态系统的植被恢复提供了实践指导。
章节摘要
实验装置
为了研究不同坡角条件下AMF接种对C. fungigraminus生长和根系-土壤复合体力学性质的影响，我们使用聚氯乙烯（PVC）材料构建了白色不透明矩形生长室（100 cm × 50 cm × 25 cm）开展对照实验（图1）。将每个生长室的一端垫高并固定在目标高度，以实现所需的坡角。每个生长室配备8个均匀分布的排水孔（5 mm）。
生物量和菌根定植
表2总结了坡角对植物生物量和菌根定植的影响。当坡角从15°增加到45°时，RB、CR、CI和MD均呈下降趋势，但仅RB和CI表现出统计显著性下降（p < 0.05）；MD在不同坡角间无显著差异（表2）。在CK处理下，当坡角从15°增加到30°时，RB减少了35.26%；当坡角从30°增加到45°时，进一步减少了67.31%。在类似但幅度较小的情况下……
坡角梯度对植物生长的影响
中国西北干旱半干旱矿区面临严重的土壤水分亏缺，显著制约了植被的定植和生长，从而降低了废渣堆边坡生态恢复的效果（Bi等，2022；Wu等，2023）。在各种影响植被生长的环境因子中，坡角作为关键的地形驱动因素，调控着土壤水分和养分的动态变化。在较缓的坡角条件下，水分入渗……
结论
本实验表明，更陡的坡角强烈抑制了C. fungigraminus的生长，并削弱了根系-土壤复合体的力学强度。在对照处理下，CRSC从15°时的20.00–24.16 kPa急剧下降至45°时的4.50–6.27 kPa。AMF接种有效缓解了坡角胁迫，且在更陡的坡角上缓解效果更为显著。在30°坡角时，表层和下层CRSC分别增加了42.5%和93.5%；在45°坡角时，相应增幅为……
未引用文献
(MHU-RD, 2019, Core Team, 2022)
CRediT作者贡献声明
谢琳琳：软件、资源、概念设计。毕银丽：写作 – 审阅与编辑、监督、资金获取。朱文波：写作 – 原稿撰写、正式分析、概念设计。吴超：方法论、调查研究。柯曾明：资源、调查研究、正式分析。
利益冲突声明
作者声明不存在任何已知的竞争性经济利益或个人关系，这些利益或关系可能影响本文所报告的工作。
致谢
本研究得到国家自然科学基金（项目编号：52394195）、陕西省科技创新引领计划（项目编号：2024ZC-YYDP-102）和国家重点研发计划（项目编号：2022YFF1303303）的资助。
毕银丽|朱文波|吴超|柯曾明|谢琳琳
