張樹萌,黃懿梅,倪銀霞,鐘祺琪 (西北農(nóng)林科技大學(xué)資源環(huán)境學(xué)院,農(nóng)業(yè)部西北植物營(yíng)養(yǎng)與農(nóng)業(yè)環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西 楊凌 712100)

土壤真菌是土壤中的分解者,能夠分解土壤中的有機(jī)物,為植物提供養(yǎng)分,尤其是土壤中植物殘?bào)w的降解,主要靠真菌[1];部分土壤真菌在提高植物抗逆性,維持植物正常生長(zhǎng)方面發(fā)揮巨大作用[2-4],對(duì)土壤環(huán)境乃至整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)都會(huì)產(chǎn)生重要影響.植被恢復(fù)是指運(yùn)用生態(tài)學(xué)原理通過保護(hù)現(xiàn)有植被、封山育林或營(yíng)造人工林、灌、草植被,修復(fù)或重建被毀壞或被破壞的森林和其他自然生態(tài)系統(tǒng),恢復(fù)其生物多樣性及其生態(tài)系統(tǒng)功能[5].可見,植被恢復(fù)是通過林草措施防止土壤侵蝕、生態(tài)退化的水土保持措施之一.研究發(fā)現(xiàn)樹種對(duì)土壤真菌的分類多樣性有較大影響,不同的樹種選擇不同的土壤真菌群落表達(dá)植物有機(jī)質(zhì)降解中涉及的不同基因[1].而不同的植被恢復(fù)模式涉及到自然封育或人工栽培的不同植被或植物,因此,研究不同植被恢復(fù)模式下,土壤真菌的群落組成與多樣性特征,對(duì)于植被恢復(fù)模式的選擇和生態(tài)效應(yīng)的評(píng)價(jià)具有重要的理論和實(shí)踐意義.

目前,對(duì)于植被恢復(fù)中土壤真菌多樣性的研究主要集中在叢枝菌根真菌(AM)的組成[6]、恢復(fù)過程的群落組成和多樣性變化等[7-8].而對(duì)黃土高原植被恢復(fù)中真菌的研究,大多采用 PLFA法研究了真菌的數(shù)量,普遍認(rèn)為植被恢復(fù)可提高土壤真菌的數(shù)量[9-11],能夠指示土層變化[12].這些研究受方法的局限,都不能全面真實(shí)地反映植被恢復(fù)過程中土壤真菌的群落組成和多樣性特征,更不能說明不同的植被或植物對(duì)土壤真菌群落組成和優(yōu)勢(shì)物種的影響.目前,高通量測(cè)序以其反應(yīng)快、通量高、基因信息覆蓋度高等特點(diǎn)[13-15],己經(jīng)成為微生物研究領(lǐng)域的重要技術(shù),并己運(yùn)用到土壤真菌研究領(lǐng)域[16-18].而在黃土高原,只有Wang等[19]和肖禮等[20]利用高通量測(cè)序技術(shù)研究了保護(hù)性耕作和梯田種植類型的真菌群落組成.關(guān)于人工恢復(fù)的林草對(duì)土壤真菌的群落組成和多樣性的影響還不清楚.

因此,本研究擬采用Miseq高通量測(cè)序技術(shù),以寧南山區(qū)自然恢復(fù)的天然草地(長(zhǎng)芒草)為參照,研究人工草地(苜蓿)、人工林地(檸條)表層土壤中真菌群落的群落組成和多樣性特征,并結(jié)合土壤的理化性質(zhì),揭示人工恢復(fù)林草對(duì)土壤真菌群落組成的影響及可能的原因,為豐富植被恢復(fù)土壤微生物多樣性知識(shí),促進(jìn)黃土高原生態(tài)恢復(fù)中植被的優(yōu)選和生態(tài)效應(yīng)的評(píng)價(jià)提供理論依據(jù).

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于寧夏回族自治區(qū)固原市河川鄉(xiāng)上黃村(東經(jīng) 106°26′～106°30′,北緯 35°59′～36°3′,海拔 1534～1822m),屬?zèng)芎铀抵Я餍〈ê又杏?該區(qū)氣候?qū)儆诎敫珊抵袦貛蚺瘻貛н^渡季風(fēng)氣候,年均氣溫7.1℃,年均降水量420mm,干燥度1.5～2.0,雨季從7月開始持續(xù)到10月,8月的降雨量占降水總量的24 %,多年平均蒸發(fā)量1400mm,無霜期140d;土壤類型主要是黃土母質(zhì)上發(fā)育的淡黑壚土和黃綿土.主要植被類型有人工灌木林地(優(yōu)勢(shì)種為檸條),天然草地(優(yōu)勢(shì)種為長(zhǎng)芒草)和人工草地(優(yōu)勢(shì)種為苜蓿)等.

1.2 樣品采集

于2015年7月植物生長(zhǎng)最旺盛季節(jié)在當(dāng)?shù)剡x擇坡向一致的3種典型植被類型:天然草地(長(zhǎng)芒草(SB))、人工灌木林地(檸條(CK))和人工草地(苜蓿(MS))作為研究樣地,樣地的基本信息見表1.在每個(gè)樣地(面積平均約為3000m2)中各設(shè)置3個(gè)樣方(20m×20m)作為 3個(gè)野外重復(fù),樣方之間的距離約為 100m,每個(gè)樣方按照“S”布點(diǎn)法采集0～20cm土樣5個(gè)并混合,挑出石塊、根系等雜物,用滅菌錫箔紙取部分新鮮土樣保存于液氮罐中,送回實(shí)驗(yàn)室后保存在-80℃冰箱中用于 DNA提取,其余土壤樣品用塑封袋帶回實(shí)驗(yàn)室,風(fēng)干過篩 用于測(cè)定土壤基本理化性質(zhì).

表1 不同植被類型下土壤樣地的基本信息Table 1 Description of sampling sites under different vegetation types

1.3 土壤基本理化性質(zhì)分析

分別測(cè)定土壤的pH值、含水率(SW)、有機(jī)碳(SOC)、全氮(TN)、硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)均按照常規(guī)方法進(jìn)行[21].溶解性有機(jī)碳(DOC)[22]及微生物量碳(MBC)[23],測(cè)定方法按照標(biāo)準(zhǔn)方法進(jìn)行,每個(gè)理化性質(zhì)設(shè)置3個(gè)重復(fù).

1.4 土壤 DNA的提取

土壤真菌 ITS區(qū)基因測(cè)序由上海美吉公司進(jìn)行.使用上海美吉公司提供的 DNA試劑盒(Omega Bio-tek,Inc,Doravilla,GA,USA)進(jìn)行基因組DNA的提取,完成DNA提取后利用1%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè)抽提的基因組DNA.

1.5 PCR擴(kuò)增與Miseq高通量測(cè)序

對(duì)真菌ITS區(qū)基因片段進(jìn)行PCR擴(kuò)增,引物為 0817F(5’-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3’)和 1196R(5’-TCTGGACCTGGTGAGTTTCC-3’).PCR過程中采用的DNA聚合酶為:TransStart FastPfu DNA Polymerase;PCR儀采用 ABI GeneAmp? 9700型.

PCR 反應(yīng)采用 20μL 體系:5×FastPfu Buffer,4μL;2.5mM dNTPs, 2μL; Forward Primer(5μL),0.8μL; Reverse Primer(5μL), 0.8μL; FastPfu Polymerase, 0.4μL; Template DNA, 10ng;補(bǔ)充ddH2O至20μL.PCR反應(yīng)條件為:95℃預(yù)變性30min;接下來進(jìn)行 35個(gè)循環(huán),包括 95℃變性 30s,55℃退火30s,72℃延伸45s;循環(huán)結(jié)束后72℃延伸10min.

全部樣本按照正式實(shí)驗(yàn)條件進(jìn)行,每個(gè)樣本 3個(gè)重復(fù),將同一樣本的PCR產(chǎn)物混合后用2%瓊脂糖凝膠電泳檢測(cè),使用AxyPrepDNA凝膠回收試劑盒(AXYGEN公司)切膠回收PCR產(chǎn)物, Tris_HCl洗脫; 2%瓊脂糖電泳檢測(cè).參照電泳初步定量結(jié)果,將PCR產(chǎn)物用QuantiFluor? -ST藍(lán)色熒光定量系統(tǒng)(Promega公司)進(jìn)行檢測(cè)定量,之后按照每個(gè)樣本的測(cè)序量要求,進(jìn)行相應(yīng)比例的混合.隨后構(gòu)建Miseq文庫,進(jìn)行上機(jī)測(cè)序.然后對(duì)測(cè)序后得到的序列進(jìn)行優(yōu)化,將優(yōu)化后的非重復(fù)序列按照97%相似性進(jìn)行OTU聚類,與真菌Unite數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比對(duì),獲得物種注釋,最后進(jìn)行多樣性分析.

1.6 數(shù)據(jù)分析

土壤微生物的 Chao1、ACE指數(shù)可以反應(yīng)菌群的豐度,Shannon、Simpson指數(shù)可以反映微生物的多樣性,其計(jì)算公式如下[24]:

式中:Schao為估計(jì)的OUT數(shù)目;Sobs為實(shí)際觀測(cè)到的 OUT數(shù)目;n1為只含有一條序列的 OUT數(shù)目;n2為只含有兩條序列的OUT數(shù)目;ni為含有i條序列的 OUT數(shù)目;N為所有序列數(shù);Srare為含“abund”序列或者少于“abund”的 OUT數(shù)目;abund為“優(yōu)勢(shì)”O(jiān)UT的閾值,默認(rèn)為10.

實(shí)驗(yàn)中所有數(shù)據(jù)均采用 Excel 2016和SPSS 20.0進(jìn)行處理和統(tǒng)計(jì).各指標(biāo)均采用平均值和標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示.單因素方差分析、多重比較采用Duncan法.作圖采用 OriginPro 2016軟件.Canoco5.0軟件對(duì)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)進(jìn)行排序,并分析土壤理化性質(zhì)對(duì)土壤各真菌的影響.

2 結(jié)果分析

2.1 人工林草與天然草地土壤理化性質(zhì)特征

3種植被下土壤的理化性質(zhì)如表 2所示.不同植被間的土壤pH值、含水率(SW)、全氮(TN)和微生物量碳(MBC)均無顯著差異.土壤有機(jī)碳(SOC)含量表現(xiàn)為 SB顯著高于 CK,二者又顯著高于MS(P<0.05).土壤硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)均表現(xiàn)為CK顯著高于SB和MS.土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)表現(xiàn)為SB和CK顯著高于MS.人工種植檸條可顯著提高土壤中硝態(tài)氮和銨態(tài)氮的含量,也有利于土壤保水.

表2 三種植被類型下土壤的基本理化性質(zhì)Table 2 Soilbasic physical and chemical properties under different vegetation types

2.2 人工林草與天然草地土壤真菌群落多樣性特征

表3為3種植被類型下土壤真菌多樣性數(shù)據(jù),可以看出:3種不同植被類型下的土壤真菌覆蓋率均超過 99.9%,表明該測(cè)序結(jié)果能夠表示土壤中真菌的真實(shí)存在情況.在 97%的相似水平下對(duì)OTU進(jìn)行生物信息統(tǒng)計(jì)分析,獲得土壤真菌OTUs數(shù)目 110～117,分屬于 27個(gè)門,44個(gè)綱,70個(gè)目,91個(gè)科,108個(gè)屬,113個(gè)種.

Chao1指數(shù)和 Ace指數(shù)表示土壤微生物的豐度,Chao指數(shù)和Ace指數(shù)越大微生物的豐富度越大.Shannon指數(shù)和 Simpson指數(shù)能夠反映土壤微生物的多樣性,Shannon指數(shù)越高表示微生物的多樣性越高,Simpson指數(shù)越高表示微生物的多樣性越低.土壤真菌的多樣性指數(shù)在不同植被類型之間均無顯著性差異,但是, Ace、Chao1和Shannon指數(shù)均表現(xiàn)為MS＞ SB ＞CK,Simpson指數(shù)表現(xiàn)為 CK＞SB＞MS,說明土壤的真菌豐度和多樣性在MS地最高,CK地最低,而SB處于二者中間.

表3 3種植被類型下土壤真菌序列統(tǒng)計(jì)及多樣性指數(shù)Table 3 Sequence statistics and diversity indexes of soil fungi under different vegetation types

2.3 人工林草與天然草地土壤真菌群落結(jié)構(gòu)組成特征

2.3.1 3種樣地土壤真菌門水平群落組成特征高通量測(cè)序結(jié)果共獲得真菌菌門27個(gè).如圖1所示,3種樣地土壤真菌主要由:子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)、球囊菌門(Glomeromycota)、分類不明確門(Unclassified)組成,且每種菌門在 3種樣地中的相對(duì)豐度均無顯著差異.子囊菌門的相對(duì)豐度最大,變化范圍為42%～84%,豐度均值 71.8%,表現(xiàn)為 MS＞SB＞CK,MS比SB高出6.6%,CK比SB低19.1%.擔(dān)子菌門(Basidiomycota)的相對(duì)豐度次之,變化范圍為7%～29%,豐度均值15.2%,表現(xiàn)為CK＞SB＞MS,CK比SB高出12.2%,MS比SB低6.0%.球囊菌門占總豐度的 1.0%～7.5%,豐度均值 4.2%,表現(xiàn)為SB＞MS＞CK,SB分別高于MS和CK0.7%和1.1%.同時(shí)在所有植被類型中,子囊菌門、擔(dān)子菌門兩者的豐度總和均占總豐度的 80%以上;分類不明確門的豐度占總豐度的0.8%～ 7.9%.

圖1 3種樣地門水平下土壤真菌群落組成Fig.1 Composition of fungi communityat a phylum level

MS和SB土壤中真菌的優(yōu)勢(shì)菌門為子囊菌門,其豐度占總豐度的82.55%和75.98%.CK土壤真菌的優(yōu)勢(shì)菌門為子囊菌門和擔(dān)子菌門,豐度分別為56.90%和25.29%.

2.3.2 3種樣地土壤真菌綱水平群落組成特征 如圖2所示,高通量測(cè)序結(jié)果得到真菌菌綱44個(gè),其中的優(yōu)勢(shì)菌綱有:糞殼菌綱(Sordariomycetes)、座囊菌綱(Dothideomycetes)、傘菌綱(Agaricomycetes)、盤菌綱(Pezizomycetes)、散囊菌綱(Eurotiomycetes)、球囊菌綱(Glomeromycetes)、銀耳綱(Tremellomycetes)、分類不明確綱(Unclassified).糞殼菌綱的相對(duì)豐度最高,可以占全部真菌綱的 19%～35%,豐度均值 27.9%;其次為座囊菌綱,變化范圍為 16～26%,豐度均值 23.1%.盤菌綱在 SB的相對(duì)豐度為17.8%,且顯著高于CK.雖然其余菌綱在3種植被中的相對(duì)豐度均無顯著差異,但傘菌綱在 CK中的豐度明顯高于MS.糞殼菌綱、座囊菌綱和銀耳綱在 MS植被土壤中的豐度最大,分別為:34.42%、26.79%和 1.59%.傘菌綱、分類不明確綱和其他綱(Others)在CK土壤中的豐度最大,分別為:23.62%、9.44%和8.18%.盤菌綱、散囊菌綱和球囊菌綱在 SB土壤中豐度最大,分別為:17.84%、6.09%和4.53%.同時(shí)在3種植被的土壤中,糞殼菌綱、座囊菌綱、傘菌綱和盤菌綱的豐度總和超過70%.SB中的座囊菌綱和分類不明確綱的相對(duì)豐度分別低于 CK和 MS 10.0%,10.5%和4.0%,3.6%.

圖2 3種樣地綱水平下土壤真菌群落組成Fig.2 Composition of fungi community at a class level

2.3.3 3種樣地土壤真菌屬水平相對(duì)豐度分布 選取豐度排名為前35的真菌屬,根據(jù)每個(gè)樣地各屬的豐度均值,對(duì)各植被類型之間真菌相對(duì)豐度進(jìn)行聚類分析,得到 Heatmap熱圖(圖 4).由圖中可以看出,CK、MS、SB分別有10,14,11個(gè)屬的相對(duì)豐度較高,說明了不同植被類型下土壤真菌屬的相對(duì)豐度存在差異.MS和SB的相似度較高,先聚為一類.可能是由于與CK相比,MS和SB類型同屬草地,群落內(nèi)物種相似度較高,真菌 屬的類群較為相似.

圖3 3種樣地真菌屬水平相對(duì)豐度熱圖Fig.3 Heatmapdiagram of relative abundance of fungi ata genus level

在前35個(gè)真菌屬中,有18個(gè)真菌屬為分類不明確屬(Unclassified).在CK土壤中,豐度較高的已知真菌屬主要有:兩性球囊霉屬(Ambispora)、腎形蟲屬(Colpoda)、水球殼屬(Hydropisphaera),其中優(yōu)勢(shì)度最高的屬為腎形蟲屬,相對(duì)豐度為 2.64%.在 MS土壤中,豐度較高的已知真菌屬主要有:扁棒殼屬(Acrospermum)、支鏈孢屬(Dendryphion)、多孢囊霉屬(Diversispora)、赤霉屬(Gibberella)、球腔菌屬(Mycosphaerella)、假埃希氏菌屬(Pseudallescheria)和根內(nèi)球囊霉屬(Rhizophagus)等,其中優(yōu)勢(shì)度最高的屬為赤霉屬,相對(duì)豐度為16.32%.在 SB 土壤中,豐度較高的已知真菌屬主要有:Archaeorhizomyces、葉生殼屬(Floricola)、管柄囊霉屬(Funneliformis)、Marcelleina,其中優(yōu)勢(shì)度最高的屬為葉生殼屬,相對(duì)豐度為 6.29%.總體來看,赤霉屬是 3種植被類型土壤中優(yōu)勢(shì)度最大的真菌屬,相對(duì)豐度均值為12.87%.除此之外,3種植被土壤真菌屬相對(duì)豐度均值超過 1%的還有腎形蟲屬、水球殼屬、葉生殼屬、管柄囊霉屬和Marcelleina.

2.4 土壤理化性質(zhì)與土壤真菌群落分布的關(guān)系

由于3個(gè)樣地中已知的真菌優(yōu)勢(shì)菌門只有3種,而優(yōu)勢(shì)菌屬又在 10種以上,所以選擇真菌優(yōu)勢(shì)菌綱與環(huán)境因子進(jìn)行 RDA分析,有利于更好地尋找真菌與環(huán)境因子的相關(guān)性規(guī)律.對(duì) 3種植被的土壤真菌優(yōu)勢(shì)菌綱與環(huán)境變量(土壤理化性質(zhì))進(jìn)行RDA分析如圖4所示.優(yōu)勢(shì)真菌綱射線與環(huán)境變量線段之間的夾角余弦值代表兩者的相關(guān)性大小,夾角越小相關(guān)性越大,各環(huán)境變量線段的長(zhǎng)短表示其對(duì)真菌綱分布所起作用的大小.在圖4中,土壤水分(SW)和土壤碳、氮含量對(duì)真菌分布的影響均較大.糞殼菌綱、座囊菌綱、球囊菌綱、與土壤全氮(TN)呈正相關(guān),與其它理化性質(zhì)呈負(fù)相關(guān);盤菌綱和散囊菌綱與土壤全氮(TN)、土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)、土壤微生物量碳(MBC)和土壤有機(jī)碳(SOC)呈正相關(guān),與土壤pH值、土壤水分(SW)、土壤硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)呈負(fù)相關(guān);銀耳綱和分類不明確綱與土壤 pH值、土壤水分(SW)、土壤硝態(tài)氮(NO3--N)和銨態(tài)氮(NH4+-N)呈正相關(guān),與土壤全氮(TN)、土壤溶解性有機(jī)碳(DOC)、土壤微生物量碳(MBC)和土壤有機(jī)碳(SOC)呈負(fù)相關(guān);傘菌綱與土壤全氮(TN)呈負(fù)相關(guān),與其它理化性質(zhì)呈正相關(guān).

3 討論

3.1 植被類型對(duì)土壤真菌群落組成及其豐度的影響

在本研究中,3種植被類型土壤中豐度最大的真菌菌門為子囊菌門豐度為:42%～84%,豐度最大的真菌菌綱為糞殼菌綱豐度為 19%～35%,其次為座囊菌綱豐度為 16～26%.這與黃河三角洲鹽堿地土壤真菌的優(yōu)勢(shì)門和綱相一致[25],可能是由于兩種土壤的 pH值都為堿性,真菌的生長(zhǎng)環(huán)境較為相似.但不同的是在本研究中檢測(cè)到的毛霉亞門真菌(Mucoromycotina)較少,這可能是由于土壤類型和氣候條件等原因造成的.子囊菌門也是湖南杉木人工林土壤[26]和老撾熱帶草地土壤[27]的主要真菌門類,說明子囊菌門真菌在多種類型土壤中作為優(yōu)勢(shì)菌門存在,且在偏酸性土壤中也能大量存在(pH 值:4.3～5.4).本研究和已有的研究都發(fā)現(xiàn)不同植被類型下土壤真菌菌門和菌綱的組成有一定的相似性,但是真菌菌門和菌綱的相對(duì)豐度有差異,可能與不同的植物群落產(chǎn)生不同的根系殘?bào)w及分泌物,從而對(duì)土壤真菌群落組成產(chǎn)生不同的影響有關(guān)[28-29].

從土壤真菌屬水平的相對(duì)豐度熱圖中可以看出,赤霉屬是寧南山區(qū)土壤的優(yōu)勢(shì)菌屬,大多數(shù)赤霉屬的真菌都可產(chǎn)生生物活性物質(zhì)(多酮類化合物、萜類化合物等)或植物毒素(鐮刀菌酸、串珠鐮刀菌素等),從而引起植物的病害,如水稻惡苗病、馬鈴薯干腐病和玉米穗腐病[30].除此之外還發(fā)現(xiàn)其它致病菌屬:扁棒殼屬、支鏈孢屬、球腔菌屬和假埃希氏菌屬.假埃希氏菌屬作為一類特殊的致病菌可以引起人類呼吸系統(tǒng)的疾病[31].本研究還測(cè)定出了多種 AM 真菌如:多孢囊霉屬、根內(nèi)球囊霉屬、兩性球囊霉屬和管柄囊霉屬等.除此之外還發(fā)現(xiàn)了葉生殼屬,這個(gè)屬目前僅包含一個(gè)菌種Floricola striata[32],可產(chǎn)生多種對(duì)三聯(lián)苯衍生物,這些物質(zhì)可以通過破壞細(xì)胞膜發(fā)揮殺菌的作用[33].但是其在土壤中所發(fā)揮的作用,還有待進(jìn)一步的研究.

圖4 土壤理化性質(zhì)與真菌門水平下的RDA分析Fig.4 The RDA of soil parameters and fungi phyla

從真菌多樣性指數(shù)的結(jié)果可以看出,無論是真菌豐度還是多樣性,均表現(xiàn)為苜蓿土壤最高,且苜蓿土壤的子囊菌門真菌的相對(duì)豐度也最高.這可能是由于與其它兩種樣地相比,苜蓿作為優(yōu)質(zhì)牧草具有生長(zhǎng)更快、產(chǎn)量更高的特點(diǎn),能夠固定大量大氣中的 CO2,增加土壤腐殖質(zhì)和有機(jī)質(zhì)含量[34];同時(shí)作為豆科植物,苜蓿能與根瘤菌形成共生關(guān)系固氮,所以苜蓿能為子囊菌的生長(zhǎng)繁殖提供良好的條件.子囊菌門真菌以腐生菌居多,能夠分解土壤有機(jī)質(zhì)[26],相較于擔(dān)子菌門真菌,其擁有更快的進(jìn)化速率[35],所以子囊菌門在苜蓿土壤的優(yōu)勢(shì)度最大.本研究還發(fā)現(xiàn)包括赤霉屬在內(nèi)的上述所有的致病菌屬均表現(xiàn)為在苜蓿土壤中的相對(duì)豐度最大,說明苜蓿積累了大量的致病菌,可能是由于人工種植苜蓿改變了原有地區(qū)的植被類型和多樣性造成的.腎形蟲屬作為土壤當(dāng)中的原生動(dòng)物,對(duì)于土壤環(huán)境十分敏感,可以作為生態(tài)恢復(fù)過程中的指示生物來評(píng)價(jià)土壤環(huán)境質(zhì)量[36-37],其在苜蓿土壤中最少,可能是由于土壤中致病菌增加造成的.相關(guān)研究表明,隨著種植年限的增加,苜蓿產(chǎn)量會(huì)呈現(xiàn)先增加后減小的趨勢(shì)[38-39],除了受到養(yǎng)分和水分等限制因素外,也可能與土壤中的致病菌隨種植年限的增加而不斷積累有關(guān).

檸條土壤中真菌數(shù)量大于天然草地,但真菌多樣性小于天然草地.這可能是因?yàn)闄帡l與苜蓿一樣同屬豆科植物,可通過固氮為真菌提供必需的養(yǎng)分,增加了真菌的數(shù)量,但是檸條作為灌木,改變了當(dāng)?shù)卦械闹脖活愋?降低了土壤真菌的多樣性.本研究還發(fā)現(xiàn)在檸條土壤中,擔(dān)子菌門真菌的豐度所占比例明顯上升,可能是由于能夠降解木質(zhì)素的真菌多屬于擔(dān)子菌門[40],而檸條作為灌木,屬于木本植物,其木質(zhì)素含量比草本植物更高[41],更有利于擔(dān)子菌門真菌的生長(zhǎng)繁殖.另外,3種類型的植被土壤中腎形蟲屬的相對(duì)豐度在檸條土壤中最大,說明檸條土壤質(zhì)量較好,有利于原生動(dòng)物的生長(zhǎng).

在本研究中,土壤球囊菌綱真菌的相對(duì)豐度在天然草地中最大,苜蓿次之,檸條最小,AM真菌是屬于球囊菌門,球囊菌綱的一類真菌,這些真菌可以與植物形成共生關(guān)系,在促進(jìn)植物的生長(zhǎng),提高植物的抗逆性,改善土壤環(huán)境等方面有著重要的作用,是土壤中的有益真菌[42].天然草地土壤中的AM 真菌的相對(duì)豐度最大,可能是因?yàn)殚L(zhǎng)芒草作為當(dāng)?shù)匚锓N,與AM真菌具有更好的共生關(guān)系,有利于其生長(zhǎng);而進(jìn)行人工恢復(fù)會(huì)使人工植被占據(jù)了優(yōu)勢(shì)地位而導(dǎo)致區(qū)域植物多樣性的降低,不利于土壤中AM真菌的增加.另外,也可能與植物的類型有關(guān),苜蓿和天然草地同屬于草本,所以AM 真菌的豐度相對(duì)較高,而檸條為灌木,所以AM真菌的相對(duì)豐度較低.

3.2 影響土壤真菌群落組成和多樣性特征的土壤環(huán)境因素.

本研究的RDA分析表明土壤水分(SW)、土壤有機(jī)碳(TOC)和全氮(TN)為影響真菌群落組成的最主要因素,土壤 pH值的影響最小.這與對(duì)關(guān)中平原 5a保護(hù)性耕作土壤[19]、中國北方黑土[43]、南極西部土壤[44]和大興安嶺松林土壤[45]的研究結(jié)果相似.而與天水小隴山紅豆杉林土壤[46]和挪威北部群島土壤[47]中,pH 值是影響土壤真菌的最主要因素不同.也與土壤堿解氮是黃河三角洲鹽堿地土壤中,影響土壤真菌的最主要因素不同[48-49].這可能是由于不同研究區(qū)影響真菌群落組成的主要環(huán)境因子不同[50].土壤 pH值對(duì)土壤真菌群落產(chǎn)生影響的原因可能是由于pH值會(huì)對(duì)土壤中化合物的形態(tài)產(chǎn)生影響,進(jìn)而影響土壤微生物對(duì)營(yíng)養(yǎng)元素的攝取.有研究表明,不同真菌種類對(duì)于土壤 pH值的適應(yīng)范圍不同,適合腐生真菌生活的pH值范圍為7～8,而適合菌根真菌生存的pH值范圍為5～6[51].子囊菌門真菌大多數(shù)為腐生菌[26],本研究中各土壤 pH 值均在 7～8之間,這可能是子囊菌門為研究區(qū)土壤優(yōu)勢(shì)菌門的一個(gè)原因.陳丹梅[52]的研究表明,水稻土壤在長(zhǎng)期淹水的條件下真菌的多樣性降低,優(yōu)勢(shì)種群明顯.王杰等[53]對(duì)大興安嶺草原暗栗鈣土的研究也表明,水分添加有利于微生物對(duì)養(yǎng)分的利用.可見,不同的土壤中微生物對(duì)水分的反應(yīng)不同,寧南山區(qū)氣候較為干旱,水分是土壤真菌生長(zhǎng)繁殖必需的物質(zhì),也是影響土壤真菌群落組成的重要因素.土壤全氮(TN)也是影響土壤中真菌分布的主要環(huán)境因子,可能是由于土壤氮素是土壤微生物必需的營(yíng)養(yǎng)元素之一,對(duì)微生物的生長(zhǎng)、發(fā)育、繁殖起著重要的作用.但是土壤全氮(TN)與擔(dān)子菌門下的傘菌綱和銀耳綱呈負(fù)相關(guān),可能是由于氮元素能夠抑制某些擔(dān)子菌門真菌胞外分解酶和?OH 基團(tuán)的產(chǎn)生,使擔(dān)子菌門真菌分解木質(zhì)素的能力降低[54],因此土壤中氮含量較多高會(huì)限制擔(dān)子菌門真菌對(duì)木質(zhì)素的利用,進(jìn)而抑制其生長(zhǎng).土壤有機(jī)碳(SOC)是影響土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的重要因子,與秸稈還田可顯著增加真菌的數(shù)量及多樣性[55-56]的結(jié)論相同,因?yàn)榻斩捴饕赡举|(zhì)素、纖維素和多糖等含碳物質(zhì)組成,秸稈還田可增加土壤碳含量,而本研究中的林草枯落物和分泌物也能夠增加土壤中的有機(jī)碳,有機(jī)碳是腐生性真菌的能源物質(zhì),所以對(duì)真菌的影響較大.

4 結(jié)論

4.1 3種植被下土壤優(yōu)勢(shì)真菌的分布特征為:子囊菌門和擔(dān)子菌門分別在苜蓿地和檸條地的相對(duì)豐度最大;糞殼菌綱和座囊菌綱均在苜蓿地的相對(duì)豐度最大,傘菌綱和盤菌綱分別在檸條和長(zhǎng)芒草地的相對(duì)豐度最大.在豐度排名前35的屬中,功能已知的真菌屬包括:5種致病菌屬,4種 AM真菌屬和1種原生動(dòng)物屬.

4.2 苜蓿土壤的真菌豐度和多樣性最高,子囊菌門真菌和致病菌屬也最多;種植檸條有利于擔(dān)子菌門真菌和原生動(dòng)物屬的生長(zhǎng);天然草地中AM 真菌的豐度最高.人工林草恢復(fù)的優(yōu)勢(shì)菌群和群落組成不同于天然植被,減少了AM真菌的豐度,增大了致病菌屬的豐度.總體上,在本研究區(qū),人工林草對(duì)土壤真菌群落組成和多樣性有較明顯的影響.

4.3 RDA 分析表明,土壤水分(SW)、有機(jī)碳(TOC)和全氮(TN)是影響寧南山區(qū)土壤真菌群落結(jié)構(gòu)及其豐度的主要理化因子.

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