煤炭作为我国重要的矿产资源,是经济快速发展的能源保障。但大规模的煤炭地下开采造成大面积的地表沉陷,导致植被根系的损伤、地表结构破坏和土壤营养流失严重等一系列生态环境问题。柠条塔矿区具有干旱少雨、黄土土质疏松、养分贫瘠和植被稀疏等特点,矿区植被稀少的原因一方面是采煤沉陷过程中不定向损伤植物根系,使大量根系暴露于空气中不能吸收充足的养分和水分,影响植物的生长发育。另一方面矿区黄土中难溶磷含量高,难以供给伤根植物生物有效磷。针对矿区两大生态环境问题,亟须进行生态修复。丛枝菌根真菌(Arbuscular Mycorrhizal Fungi,简称AM真菌)能与世界上绝大部分植物形成互惠共生关系,促进植物对矿质元素的吸收利用和生长,增强植物抗逆性,改善土壤结构和性质。具有较大的潜能实现矿区生态修复和土地复垦。本文针对柠条塔矿区重复多次采煤沉陷引起的植物根系损伤问题严重,以矿区优势种柠条为宿主植物,研究AM真菌对柠条生长、抗逆性和根际微环境影响,发掘AM真菌对矿区伤根植物的生态修复潜能。为进一步探索AM真菌对伤根植物的修复机理,开展室内模拟试验。从垂直和水平方向上模拟矿区植物根系损伤,通过由根室、菌根室和菌丝室组成的三室分根系统,研究AM真菌对根系受损玉米的生长生理影响及修复效应。通过逐步回归和通径分析定性确定AM真菌生态修复效应的影响因子和机制,采用熵值法定量评价AM真菌对不同伤根方向植物的修复能力。结合矿区土壤难溶磷含量高的特点,模拟微生物与外源磷协同作用对根系受损玉米的修复作用。通过逐步回归和通径分析,确定影响微生物与外源磷协同作用对伤根植物的生态修复效应的主导因子和机制。为实现矿区植被修复和土地复垦提供理论依据,为促进矿区经济与环境的协调可持续发展提供技术支撑。主要结论如下:(1)AM真菌对矿区伤根植物具有一定的修复潜力。8月份接菌区柠条的株高、冠幅和地径比未接菌区显著提高,AM真菌刺激柠条根系的生长发育,具有较大潜力修复植物根系,接菌区柠条的根长、根平均直径、根表面积和根体积分别比对照区显著增加151%、34.2%、116%和129.3%。与未接菌区相比,接菌区柠条叶片可溶性糖含量和过氧化氢酶活性显著增加,提高柠条的抗根系损伤性。接菌区根际土中细菌、真菌和放线菌数量显著提高,促进土壤中营养元素迁移转化。接菌柠条根际土壤中酸性磷酸酶活性、有机质、碱解氮、速效磷和速效钾的含量显著增加,改善矿区伤根植物生长的土壤微环境。(2)接种AM真菌能缓解垂直方向根系受损对玉米生长生理的影响。最大伤根处理时,菌根室的菌根侵染率和菌丝密度仍为71.1%和4.82m/g。1/3伤根时,菌根室接菌玉米根系中赤霉素、生长素和细胞分裂素含量分别比未接菌显著增加26.1%、20.3%和86.8%,脱落酸的含量显著降低18.2%。接菌促进玉米根系和地上部对矿质元素的吸收利用,提高玉米的地上和地下生物量,使其恢复至不伤根未接菌的生长状态。接菌能显著改善1/3伤根玉米的根际土壤微环境,提高土壤的酸性磷酸酶活性,增加菌根室和菌丝室中土壤球囊霉素和有机质的含量。降低pH值,活化难溶矿质元素。接菌显著提高菌根室土壤中碱解氮、速效磷和速效钾含量,促进土壤中的矿质元素流向植物地上部分。2/3伤根是AM真菌对垂直伤根植物修复和土壤改良的临界点,但接菌对该处理植物的生长和土壤性质有一定的改善作用。(3)接种AM真菌能缓解水平方向根系损伤对玉米生长生理的影响。1/2伤根时菌根室菌根侵染率和菌丝密度仍为62.2%和4.01m/g,与玉米形成互惠共生关系。1/3伤根时,与未接菌相比,菌根室接菌比未接菌的玉米根系中赤霉素、生长素和细胞分裂素含量显著增加47.6%、12.3%和72.9%,脱落酸含量显著降低30%。接菌显著提高玉米地上部分对N、P、K、Ca和Mg和根系对K、Ca和Mg的吸收利用,促进根系和地上部分的生长,使其恢复至不伤根未接菌的生长状态。接种AM真菌能改善伤根玉米的根际土壤微环境,显著提高根室和菌根室中酸性磷酸酶活性,增加菌根室球囊霉素、有机质和速效养分含量,促进根室和菌丝室土壤养分流向植物地上部分。1/2伤根是AM真菌对水平伤根植物生态修复的临界值。(4)通过逐步回归和通径分析,发现影响AM真菌对垂直伤根玉米的修复效应的因素是植物矿质元素含量、根系激素水平和土壤性质。影响玉米地上生物量的主导因子是植物地上部分的矿质元素(P、K、Ca和Mg)含量和土壤酸性磷酸酶活性,影响地下生物量的主要是玉米根系中脱落酸和氮含量、地上部分镁和氮含量和土壤中易提取球囊霉素含量;AM真菌对水平伤根植物的生态修复效应主要受根系激素水平和菌根效应调控。影响玉米地上生物量的是玉米根系的脱落酸和镁含量、地上部分氮含量、菌丝密度、土壤总的和易提取球囊霉素含量,影响地下生物量的是根系中赤霉素、生长素、P和Mg含量,菌根侵染率和菌丝密度。通过熵值法综合评价,发现AM真菌对垂直伤根植物地上生长的生态修复效应明显高于水平伤根,对垂直和水平伤根植物的根系修复效应相当。(5)接种微生物协同外源磷能改善根系损伤植物的生长生理过程。单侧伤根时,单接AM真菌(F.m)、单接解磷菌(CA)和联合接菌(F.m+CA)均能显著提高玉米对矿质元素吸收利用,外源磷协同作用下,单接菌植物根系中赤霉素、生长素和细胞分裂素的含量最大,联合接菌对脱落酸的作用最显著。接种F.m+CA对玉米地上和地下生物量修复效果最佳,且随着外源磷浓度增加修复作用增强;双侧伤根时,外源磷为50mg/kg时,单接CA玉米根系的生长素和细胞分裂素的含量最大,单接F.m的根系中赤霉素的含量最大,使玉米地上生物量可恢复至单侧伤根时的生长状态。外源磷为150mg/kg时,单接CA的玉米根系中脱落酸含量最小。接种F.m+CA的玉米地上和根系中N、P、K、Ca和Mg含量最大,其中氮和磷含量恢复至单侧伤根未接菌的水平。使玉米地下生物量恢复至不伤根时的生长状态。(6)接种微生物协同外源磷改善了土壤pH、电导率、酸性磷酸酶活性、球囊霉素、有机质、速效钾、速效磷和碱解氮,为伤根植物提供较好的土壤生长环境。单侧伤根时,接菌显著提高土壤的酸性磷酸酶活性。外源磷为50mg/kg时,单接F.m的土壤pH最低,有机质含量最大,接种F.m+CA的玉米根际土壤中球囊霉素含量均显著高于不伤根未接菌。双接菌对土壤中速效钾的改良作用最佳。外源磷为150mg/kg时,单接CA的碱解氮含量最大。双侧伤根时,外源磷为50mg/kg时,接菌的土壤pH显著低于未接菌,接种F.m+CA的土壤中球囊霉素含量最大。单接F.m的土壤速效磷含量最大,外源磷浓度150mg/kg时,单接CA对土壤碱解氮的改善作用最佳。接种F.m+CA的土壤电导率、酸性磷酸酶活性、有机质和速效钾含量最大。微生物与外源磷协同对伤根玉米的生态修复效应主要受植物激素水平和矿质元素含量的影响。影响植物地上生长量的主导因子是玉米根系的赤霉素和生长素含量、地上部分氮和钾含量和土壤电导率。影响植物地下生长量的是根系中脱落酸含量、菌根侵染率、植物地上部分钾含量以及土壤中速效磷、碱解氮、易提取球囊霉素含量和酸性磷酸酶活性。