豆科牧草的生物固氮作用具有减少氮肥的使用量、改善草地氮素平衡、提高牧草产量和品质的作用[1-2]。豆科植物比例为50%~70%，施50 kg/hm2氮肥，相当于禾草单播施450 kg/hm2氮肥得到的牧草产量[2-4]。禾草和豆科牧草混播，能够充分吸收不同层次的土壤养分，获得具有较高蛋白质含量的牧草，充分利用光热等生物资源，避免物种竞争，增加生物多样性，提高草地综合生产性能，得到比单播牧草更高的产量[5-6]。高氮量豆科植物枯死以后，经微生物分解，成为土壤中的矿物质，再通过丛枝真菌作用，将氮素由豆科植物直接传递给禾草，提高根系活力[7-12]。苜蓿和羊草、无芒雀麦、冰草、羊茅、老芒麦、早熟禾、猫尾草等禾本科牧草混播，能够提高牧草产量和品质[13-18]，但丛枝真菌在禾草和豆科牧草混播过程中对牧草根系和土壤影响暂不清楚。试验以草原3号杂花苜蓿（Medicago varia Martin. cv. Caoyuan No.3）和蒙农1号蒙古冰草（Agropyron mongolicum Keng. cv. Mengnong No.1）为研究对象，在内蒙古自治区农牧交错区对4年苜蓿冰草混播草地根系丛枝菌根真菌侵染率、泡囊侵染率和土壤氮磷变化进行研究，通过对多年生混播草地丛枝菌根真菌浸染情况及土壤养分分析，探索混播增加牧草产量的深层原因，以期为农牧交错区建植稳产高产混播草地提供参考。1材料与方法1.1试验地概况试验地设在内蒙古自治区中部多伦县境内，位于中科院植物研究所多伦恢复生态学试验站试验示范基地，地理坐标116°17′E，42°02′N，海拔1 324 m，气候为大陆性气候，年均降水量为380 mm，多集中在6—8月，年均温1.6 ℃，≥10 ℃积温1 600~1 800 ℃，年均日照时数为3 143 h，无霜期约100 d，年均蒸发量为1 714 mm。土壤为风沙土，有机质含量低，土壤pH值6.9。1.2试验材料蒙农1号蒙古冰草和草原3号杂花苜蓿，种子购自内蒙古农业大学。1.3试验设计试验采用随机区组设计，设苜蓿单播、冰草单播、苜蓿1行+冰草1行混播3个组，每组4个重复。2011年7月播种，行距18 cm，播深2 cm，苜蓿单播播量为15 kg/hm2，冰草单播播量为22.5 kg/hm2，苜蓿与冰草混播的苜蓿播量为7.5 kg/hm2，冰草播量为15 kg/hm2，小区面积为5 m×8 m。试验期间不采用灌溉和施肥处理。1.4测定指标及方法2015年8月10日，每小区随机选取10株测量株高，每小区随机选取1 m×1 m样方刈割，分别称取苜蓿、冰草鲜重，样品风干，称取干重。2015年8月20日，挖取各组根系，用于测定侵染率、孢子密度。取0~20 cm土壤，过2 mm筛，取100 g左右鲜土，用于测定有效氮，剩余土壤风干，用于测定pH值、有效磷、全氮、全磷。根系周围取根际土（根际土是根系表面几毫米范围内的土壤，是根系对土壤影响最直接的区域[19]），测定pH值、有效氮、有效磷、全磷全氮。侵染率测定：植物根系洗净，选取幼嫩根系剪成1 cm左右小段，放入装有10% KOH的10 mL离心管，90 ℃水浴30~50 min；KOH冲洗干净，加入2%盐酸酸化5 min，盐酸倒出，加入含有0.05%曲利苯蓝乳酸甘油（乳酸∶甘油∶水=1∶1∶1），90 ℃水浴染色20 min；倒出染色剂，加入乳酸甘油溶液过夜脱色；随机选取30根段制片，显微镜下用“十字交叉”法测定侵染率。浸染率=侵染交叉点数目÷镜检交叉点数目×100%(1)孢子密度测定：称取10 g风干土放入50 mL离心管，加入40 mL水，搅拌形成土壤悬浊液，3 000 r/min离心4 min，倒掉上清液，加入60%的蔗糖溶液，搅拌均匀，2 000 r/min离心2 min，上清液倒入筛子中过滤，上筛20目，下筛400目，筛子中的物质移至表面皿中，用解剖针，显微镜下计数孢子数目。孢子密度=孢子数目÷土壤重量(2)有效氮采用KCl浸提用流动分析仪（Seal XY-2）测定；有效磷采用碳酸氢钠浸提-钼锑抗比色法测定；全氮采用凯式定氮法测定；全磷采用高压罐消解，用电感耦合等离子光谱仪测定。1.5数据统计与分析试验数据采用Excel 2010整理处理，用SPSS 16.0统计软件进行方差分析，采用GraphPad Prism5作图，P0.05表示差异显著，。2结果与分析2.1单播或混播对株高、产量的影响（见图1）图1单播或混播对株高、产量的影响注：图中不同字母表示差异显著（P0.05），相同字母或无字母表示差异不显著（P0.05）；下图同。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F1a1（a）单播或混播对株高的影响10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F1a2（b）单播或混播对鲜草产量的影响10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F1a3（c）单播或混播对干草产量的影响由图1（a）可知，冰草的单播与混播比较，混播冰草的株高与单播冰草增加22.3%。由图1（b）可知，混播鲜草产量高于冰草单播，与苜蓿单播相比无变化。由图1（c）可知，混播干草产量比单播苜蓿提高24.3%，比单播冰草提高了46.9%。2.2单播或混播对非根际土和根际土pH值的影响（见图2）图3单播或混播对土壤丛枝菌根真菌性能的影响10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F2a1（a）非根际土pH值10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F2a2（b）根际土pH值图2　单播或混播对非根际土和根际土pH值的影响由图2可知，根际土pH值均低于非根际土。混播后0~10 cm土层和10~20 cm土层pH值变化趋势相同，单播冰草非根际土pH值最高，单播苜蓿非根际土pH值最低。由图2（a）可知，与单播相比，混播显著降低了非根际土的pH值。由图2（b）可知，根际土单播苜蓿和单播冰草pH值低，与单播相比，混播苜蓿pH值最高，混播冰草pH值次之，混播显著提高了根际土的pH值。10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F2a3（a）土壤丛枝菌根真菌侵染率10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F2a4（b）土壤丛枝菌根泡囊侵染率10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F2a5（c）土壤丛枝菌根孢子密度由图3（a）可知，与单播相比，混播的根系丛枝菌根真菌侵染率无显著变化。冰草的根系侵染率高于苜蓿。由图3（b）可知，混播冰草根系丛枝菌根的泡囊侵染率显著高于单播冰草，冰草的根系泡囊侵染率高于苜蓿。由图3（c）可知，单播苜蓿根际土孢子苜蓿显著高于混播苜蓿，苜蓿根际土孢子密度显著高于冰草。2.4单播或混播对土壤氮含量的影响（见图4）由图4可知，混播根际土的全氮含量高于非根际土的全氮含量。由图4（a）可知，0~10 cm混播和单播土壤有效氮无显著变化，10~20 cm土壤有效氮单播苜蓿最高。由图4（b）可知，混播土壤全氮含量高于单播，0~10 cm单播苜蓿高于单播冰草，10~20 cm单播苜蓿和单播冰草相同。由图4（c）可知，混播苜蓿土壤有效氮高于混播冰草、单播苜蓿和单播冰草，混播冰草根际土土壤有效氮含量最低。由图4（d）可知，根际土土壤全氮混播苜蓿含量最高，单播苜蓿次之，混播冰草和单播冰草最低。图4单播或混播对土壤有效氮、全氮的影响10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F3a1（a）非根际土有效氮10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F3a2（b）非根际土全氮10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F3a3（c）根际土有效氮10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F3a4（d）根际土全氮2.5单播或混播对土壤磷含量的影响（见图5）由图5可知，根际土有效磷含量高于非根际土，混播苜蓿根际土有效磷含量最低。由图5（a）可知，0~10 cm土层非根际土土壤有效磷混播比单播苜蓿、单播冰草分别高出39.3%和7.3%；10~20 cm土层单播苜蓿和单播冰草有效磷分别比混播高出111.8%和148.1%。由图5（c）可知，根际土有效磷单播苜蓿最高，混播冰草次之，混播苜蓿最低，单播苜蓿显著高于混播苜蓿，混播冰草高于单播冰草。图5单播或混播对土壤有效磷、全磷的影响10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F4a1（a）非根际土有效磷10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F4a2（b）非根际土全磷10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F4a3（c）根际土有效磷10.13557/j.cnki.issn1002-2813.2022.06.026.F4a4（d）根际土全磷3讨论苜蓿冰草混播4年后，混播冰草株高于单播，混播草产量高于单播苜蓿和单播冰草，结果与郭孝等[14]、包乌云等[15]苜蓿禾草混播提高株高和草产量的研究结果相同，也与禾豆混播试验结果相同，79%的混播草产量高于单播[12]。研究发现，禾豆混播并不比单播的产量高，但平均单产高于单播，禾豆混播能够提高牧草的营养品质，减少杂草入侵[2,20]。禾豆混播对牧草生产和牧草品种提高具有显著的积极作用。苜蓿根系有很强的酸化功能，随种植年限增加土壤pH值降低[21]。本试验中，与单播相比，混播显著提高根际土的pH值，混播苜蓿pH值最高。因此，苜蓿冰草混播提高苜蓿根际土和非根际土的pH值，减缓多年生苜蓿根系酸化，为苜蓿和冰草生长供有利的土壤环境。90%的植物根系共生有丛枝菌根真菌，能够同化土壤中的磷并提供给寄主，寄主给真菌提供碳源[9]。禾豆混播能够通过丛枝真菌将豆科牧草固定的氮传递给禾草，能够提高豆科牧草的固氮能力，提高牧草产量[7]。本试验中，混播冰草、单播冰草的根系侵染率高于混播苜蓿和单播苜蓿；混播冰草泡囊侵染率显著高于单播冰草；单播苜蓿根际土孢子苜蓿显著高于混播苜蓿。结果表明，苜蓿冰草混播显著改变饱囊浸染率和孢子密度，对苜蓿冰草根系真菌浸染率无影响。豆科牧草通过固氮菌固定大量的氮素，促进非生物氮的吸收和生物中氮的有效转化，增加土壤氮素含量，提高土壤肥力[17,22-23]。有研究发现，苜蓿冰草混播其粗蛋白、粗脂肪含量增加，中性洗涤纤维消化率提高，与豆科牧草的固氮作用有一定相关性[24-25]。本试验中，苜蓿冰草混播提高根际土全氮含量，混播苜蓿根际土有效氮高于单播苜蓿和单播冰草；混播土壤全氮含量高于两个单播，混播苜蓿根际土土壤全氮含量最高。苜蓿冰草混播提高冰草土壤有效氮和全氮含量及苜蓿根际土全氮含量，表明混播能够将苜蓿固定的氮素转移给冰草，也增加了自身氮含量和土壤养分。与许多禾草和豆科混播通过积极的种间相互关系提高资源利用率，增加土壤养分，提高草地生产力的研究结果相同[2,17,22,26]。本试验中，根际土有效磷含量高于非根际土，混播0~10 cm土层非根际土有效磷比单播苜蓿、单播冰草分别高出39.3%和7.3%。结果表明，禾豆混播中苜蓿根系活化土壤中的磷供给冰草，提高了冰草根际土有效磷含量，进而提高混播草产量；混播根际土有效磷变化仅发生在冰草根系生长层（0~10 cm），对土壤深层有效磷无影响；混播草地土壤有效磷和混播苜蓿根际土有效磷显著减少，说明混播草地需要更多的磷来满足高产的需求。与Crème等[27]研究禾豆混播中消耗更多的有效磷，导致土壤中有效磷含量降低的结果相同。苜蓿冰草混播是通过改变土壤酸碱度、豆科固定氮素的转移和植物根系丛枝真菌共同作用，增加根系土壤氮、磷含量，提高混播草地生产力。本试验仅分析了苜蓿冰草混播草地pH值、丛枝真菌和土壤氮磷短期的变化情况，有关于禾豆混播对草地酸碱度、丛枝真菌和土壤氮磷的长期变化仍需进行深入研究。4结论建植多年禾豆混播草地，蒙农1号蒙古冰草株高高于单播，混播总产量高于单播草原3号苜蓿和单播蒙农1号蒙古冰草。苜蓿冰草混播草地根际土pH值显著低于非根际土；冰草泡囊侵染率显著高于单播冰草，混播苜蓿孢子密度低于单播苜蓿。苜蓿冰草混播增加了根际土和非根际土全氮和有效磷含量，提高了冰草土壤有效氮和苜蓿根际土有效氮含量。