摘 要： "為探究海拔對元寶山冷杉（Abies yuanbaoshanensis）根際土壤微生物群落的影響，該研究通過Illumina Miseq高通量測序技術分析不同海拔梯度下元寶山冷杉冬季根際土壤微生物群落組成、多樣性及其影響因子的變化。結果表明：（1）海拔對理化性質影響顯著（P＜0.05）。（2）海拔對根際土壤微生物群落組成結構和多樣性影響顯著（P＜0.05），隨海拔的上升，細菌多樣性呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢，真菌多樣性呈現(xiàn)顯著下降的趨勢。（3）土壤根際微生物群落結構及其多樣性與環(huán)境因子密切相關，土壤有機質、土壤全氮、土壤全鉀、C∶N、C∶P、N∶P是影響微生物結構沿海拔變化的重要驅動因子（Plt;0.05），土壤全磷、C∶P和N∶P是影響微生物多樣性沿海拔變化的重要驅動因子（Plt;0.05）。該研究從土壤微生物學角度為瀕危植物元寶山冷杉的保護提供了科學依據(jù)，也為完善山地森林生態(tài)系統(tǒng)中微生物分布格局提供了數(shù)據(jù)支撐。

關鍵詞： 元寶山冷杉， 微生物多樣性， 海拔高度， 高通量測序， 土壤理化特性

中圖分類號： "Q948

文獻標識碼： "A

文章編號： "1000-3142（2025）01-0147-14

基金項目： "廣西青年科學基金項目（2021GXNSFBA196062）。

第一作者： 王瑩（1998—），碩士研究生，研究方向為植物保育生物學，（E-mail）3161921472@qq.com。

*通信作者： "劉世男，博士，講師，研究方向為森林培育，（E-mail）lsn_smile8866@126.com； 丁濤，副研究員，研究方向為植物保育生物學，（E-mail）dingtao@gxib.cn。

Variation characteristics of rhizosphere soil microorganisms

of Abies yuanbaoshanensis along altitude gradient "in winter

WANG Ying^1，2， DING Tao^2，4*， ZHOU Longwu²， DENG Minmin

YANG Yuping"LIU Shinan^1*

（ 1. College of Forestry， Guangxi University， Nanning 530004， China; 2. Guangxi Key Laboratory of Karst Plant Conservation and Restoration

Ecology， Guangxi Institute of Botany， Guangxi Zhuang Autonomous Region and Chinese Academy of Sciences， Guilin 541006， Guangxi，

China; 3. Management Center of Yuanbaoshan

National Nature Reserve， Rongshui Miao Autonomous County， Liuzhou 545300，

Guangxi， China; 4. Guangxi Field Scientific Observation and Research Station of Xing’an Lijiang River

Source Forest Ecosystem， Guilin 541316， Guangxi， China ）

Abstract： "To explore the effects of altitude on the rhizosphere soil microbial community of Abies yuanbaoshanensis， we utilized Illumina Miseq high-throughput sequencing technology to analyze the composition， diversity and influencing"factors of the rhizosphere soil microbial community in winter across different altitude gradients. The results were as follows： （1） Altitude significantly affected "the physicochemical properties （

Plt;0.05）. （2） Altitude had a significant impact on the composition and diversity of the rhizosphere soil microbial community （Plt;0.05）， with bacterial diversity initially increasing before decreasing， while fungal diversity exhibited a significant decrease. （3） The structure and diversity of the rhizosphere soil microbial community were closely associated with environmental factors; soil organic matter， soil total nitrogen， soil total potassium， C∶N， C∶P， and N∶P were identified as important drivers influencing the microbial community structure along the altitude gradient （Plt;0.05）， and total phosphorus， C∶P and N∶P were found to be significant drivers affecting microbial diversity along the altitude gradient （Plt;0.05）. This study provides a scientific reference for the conservation of Abies yuanbaoshanensis， an endangered plant， and offers the data support for improving the fungal and bacterial distribution patterns in the mountain forest ecosystem.

Key words： Abies yuanbaoshanensis， microbial diversity， altitude， high-throughput sequencing， physicochemical properties of soil

在山地森林生態(tài)系統(tǒng)中，隨著海拔的垂直變化，眾多生態(tài)因子隨之改變，使得山地區(qū)域小氣候、植被分布以及土壤理化性質產(chǎn)生梯度性差異，從而直接或間接地影響土壤微生物群落，最終導致土壤微生物群落在海拔梯度上呈現(xiàn)出多種模式的變化，包括單調(diào)遞減、遞增、單峰狀、駝峰狀或無規(guī)律等（張地等，2012；Singh et al.， 2013；Zhang et al.， 2015；龐丹波等，2023）。不同區(qū)域和尺度的微生物多樣性對海拔變化的響應存在差異性，差異的影響可能是多種環(huán)境因素以及尚未被充分識別的、與微生物特性緊密相關的潛在因素復合效應導致的結果（Beimforde et al.， 2013；曹瑞，2017）。在全球氣候變化的背景下，研究微生物群落對海拔變化的響應機制以及這種響應如何影響生態(tài)環(huán)境因子，有助于我們深入理解環(huán)境變化對地球微生物組的影響，為預測和應對氣候變化帶來的潛在影響提供科學依據(jù)（孟兆云等，2023）。微生物作為山地森林生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，在生態(tài)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)中顯現(xiàn)出顯著的功能。它們既有利于穩(wěn)固土壤結構，豐富生物多樣性，保障森林生態(tài)的平衡發(fā)展，又在增強植物的生長適應力方面發(fā)揮了重要作用（呂劍薇，2011；Zhang et al.， 2015；徐凡迪等，2021）。根際作為植物、土壤和微生物三者共同作用的特殊微生態(tài)環(huán)境位點，不僅是能量交換和物質循環(huán)的關鍵界面，還是植物與土壤生態(tài)系統(tǒng)互動的重要場所。微生物對環(huán)境變化的高敏感度可以作為土壤生態(tài)系統(tǒng)變化的敏感預測指標，其復雜性和獨特性對于理解整個生態(tài)系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定性具有重要意義（楊揚等，2011；葉雯，2019）。研究表明，根際微生物在植物的生態(tài)適應過程中發(fā)揮著至關重要的作用，在有效分解有機物為植物提供必要養(yǎng)分的同時，還會通過分泌土壤酶、有機酸以及生長刺激素來協(xié)助植物適應外部環(huán)境變化（史艷財?shù)龋?018；王博等，2022；王晶等，2023）。因此，深入研究根際土壤微生物對于增強植物適應能力和抗逆性至關重要。

元寶山冷杉（Abies yuanbaoshanensis）是僅生長在廣西元寶山的國家一級重點保護野生植物，具有極高的保護和研究價值（傅立國等，1980）。元寶山冷杉作為極小種群野生植物之一，目前種群處于極度瀕危的狀態(tài)，分布范圍極度狹窄，僅局限于元寶山海拔1 750～2 050 m的地帶（李先琨和蘇宗明，2002）。野外現(xiàn)存種群數(shù)量不足900株，種群衰退嚴重，成年個體數(shù)量較少，其中老齡樹占比最大，但長勢衰弱，空心、枯頂?shù)痊F(xiàn)象嚴重（歐祖蘭等，2002）。全球氣候變化導致的連鎖反應對元寶山冷杉這一極度瀕危樹種的生存構成了嚴重威脅，在元寶山高海拔地區(qū)，常出現(xiàn)季節(jié)性干旱、夏季暴雨、冬季降雪霜凍等不確定氣候現(xiàn)象（寧世江等，2009）。由于現(xiàn)有生境不斷地被壓縮和破碎化，因此亟須探究該物種的生存環(huán)境與對氣候變化的適應能力來發(fā)展保護及擴大種群，否則種群衰退的趨勢將難以逆轉，極易走向滅絕的境地（黃仕訓，1998；向巧萍，2001；王瑩等，2023）。根際土壤微生物對環(huán)境變化十分敏感，但是能增強植物對外界惡劣環(huán)境變化的適應能力。因此，為防止未來生境破壞導致元寶山冷杉物種滅絕，本研究于冬季采樣，以不同海拔高度的元寶山冷杉根際土壤為研究對象，依托Illumina Miseq 高通量測序平臺對細菌和真菌進行高通量測序，分析不同海拔梯度根際土壤微生物群落結構組成、多樣性變化與環(huán)境因子的關系，探討元寶山冷杉在高寒生境下根際土壤微生物多樣性的海拔分布格局及其驅動因子，了解其在全球氣候變化下的植物適應能力。以期為元寶山冷杉這一瀕危物種將來的遷地保護與野外回歸的保護研究提供堅實的理論依據(jù)和技術支持，也為亞熱帶山地森林生態(tài)系統(tǒng)海拔分布規(guī)律的研究提供寶貴的基礎數(shù)據(jù)與背景資料。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究樣品采集地為元寶山國家級自然保護區(qū)，位于廣西柳州市融水苗族自治縣（109°07′—109°13′ E、 25°22′—25°32′ N），氣候類型為中亞熱帶季風氣候，熱量豐富，降水充沛，年平均溫度約為16.4 ℃，年平均降水量約為2 379 mm，無霜期為288 d，土壤類型主要為山地黃壤，地表腐殖質較厚，林分簡單，主要伴生樹種為南方鐵杉、南方紅豆杉等，林下寒竹覆蓋度大，地衣、苔蘚分布密集（黃仕訓，1998；梁凌林和潘慶寶，2012）。

1.2 樣品采集與處理

本實驗于2022年12月冬季進行采樣，根據(jù)元寶山冷杉的生長和分布情況，以100 m為1個海拔梯度，海拔分別為1 750 、1 850 、1 950 、2 050 m。因為極小種群植物往往在野外數(shù)量過少，自然條件的限制與物種的特殊性，所以只能在有限個體中進行采樣，難以達到常規(guī)采樣標準與要求，從而導致采樣個體之間的樹木生長性狀存在差異（胡瑞等，2023）。每個海拔樣方內(nèi)隨機選取3株生長旺盛且性狀較為相似的元寶山冷杉采集其根際土壤，采樣信息如表1所示。在周圍距離樹干0.5 m處除去表面凋落物和腐殖質層土壤后，挖開土壤挑選新鮮植物細根，將附著在細根上的土抖落，再用無菌軟毛刷輕輕刷下緊貼根部的土壤作為根際土壤。將新鮮的土壤樣品去除可見根和其他殘留物后，進一步分成3份子樣，一份裝入鋁盒中用于土壤含水量的測定，一份迅速置于密封保溫箱（帶干冰）內(nèi)保存用于微生物群落多樣性測定，另一份風干后過2 mm篩，用于測量土壤理化性質。

1.3 土壤理化性質測定

土壤含水量（soil water content，SWC）的測定采用烘干法；土壤酸堿度（potential of hydrogen，pH）的測定采用《中華人民共和國國家環(huán)境保護標準：土壤 pH值的測定 電位法》（HJ 962-2018）；土壤有機碳（soil organic carbon，SOC）采用重鉻酸鉀水合加熱法；土壤全氮（total nitrogen，TN）采用濃硫酸消煮-水楊酸鈉分光光度法；土壤全磷（total phosphorus，TP）采用硫酸消煮-鉬銻抗法；土壤全鉀（total potassium，TK）采樣火焰分光光度計法。

1.4 土壤微生物總DNA 提取、PCR擴增及高通量測序

根據(jù)ALFASoil DNA Extraction Kit試劑盒（FINDROP，Guangzhou）的操作說明，從0.25 g冷凍土壤樣品中提取總DNA。PCR擴增程序如下：94 ℃預變性5 min，94 ℃變性30 s，53 ℃退火30 s，72 ℃延伸30 s，共循環(huán)31次；在72 ℃下延伸8 min，最后12 ℃保持。引物對應區(qū)域：真菌ITS區(qū)域的擴增引物為ITS3-F（5′-GCATCGATGAAGAAC

GCAGC-3′）和ITS4-R（5′-TCCTCCGCTTATTGATAT

GC-3′）；細菌16S rRNA基因的擴增引物為338F（5′-ACTCCTACGGGAGGCAGCA-3′）和806R（5′-GGACTACHVGGGTWTCTAAT-3′）。PCR擴增產(chǎn)物的定量測定、均一化、文庫構建及上機測序等均由廣東美格科技有限公司完成。

1.5 統(tǒng)計分析

利用Excel 2013軟件進行數(shù)據(jù)計算，利用SPSS 20.0軟件進行單因素方差分析（one-way ANOVA），使用Origin 8.0軟件進行繪圖，使用廣東美格科技有限公司的Ilumina NovaSeq6000（PE250）平臺進行微生物分析。α多樣性使用ACE指數(shù)、Chao1指數(shù)、Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)4個指標表征，β多樣性選擇 Bray-Curtis 距離，采用主坐標分析方法（PCoA）探究不同海拔下根際土壤細菌及真菌群落的差異。利用冗余分析（redundancy analysis，RDA）揭示根際土壤環(huán)境因子和根際土壤微生物組成的相關性，利用 Mantel Test 探究根際土壤環(huán)境因子與細菌和真菌群落多樣性之間的相關性。

2 結果與分析

2.1 海拔對根際土壤理化性質的影響

元寶山冷杉根際土壤理化性質與化學計量比隨海拔變化的測定結果見表2和表3。數(shù)據(jù)表明，元寶山冷杉根際土壤養(yǎng)分含量較高，土壤理化性質與化學計量隨海拔變化均有顯著差異，其中有機碳和C∶P、N∶P在4個海拔梯度間均有顯著差異，說明海拔對土壤理化性質和土壤化學計量有顯著影響（P＜0.05）。

2.2 不同海拔梯度元寶山冷杉根際土壤微生物群落組成的變化

通過Illumina Miseq測序平臺對4個海拔的土壤樣本的原始測序數(shù)據(jù)進行處理，分別得到402 729條土壤細菌序列和314 371條真菌序列，進行OTUs注釋后得到13 489個細菌OTUs和8 103個真菌OTUs，細菌數(shù)量多于真菌。由圖1可知，不同海拔之間元寶山冷杉根際土壤微生物群落組成結構相似，相對豐度有一定差異，但并未呈現(xiàn)明顯的海拔分布格局。未分類或未識別的微生物相對豐度占比較高，細菌群落組成在海拔間相對穩(wěn)定，真菌群落組成隨海拔變化差異較大。

2.2.1 細菌群落組成差異分析 根據(jù)土壤基因組DNA序列分類學分析，元寶山冷杉根際細菌OTUs歸類為13門36綱97目182科269屬360種。結果（圖1，表4）表明，在門水平上，酸桿菌門（Acidobacteria，46.15%）、變形菌門（Proteobacteria，28.69%）以及放線菌門（Actinobacteria，10.52%）為優(yōu)勢細菌門，但隨著海拔的上升，優(yōu)勢門均無顯著變化。在屬水平上，苔蘚桿菌屬（Bryobacter，5.42%）、酸熱菌屬（Acidothermus，5.34%）、獨活假絲酵母屬（Candidatus_Solibacter， 4.88%）、Roseiarcus（3.53%）和酸桿菌屬（Acidibacter，2.16%）為優(yōu)勢細菌屬。其中，酸熱菌屬、酸桿菌屬在海拔梯度間存在顯著差異（Plt;0.05），其他屬無顯著變化。由圖2可知，TK、C∶N、N∶P與慢生根瘤菌屬（Bradyrhizobium）呈顯著相關（Plt;0.05）；TP與酸熱菌屬呈顯著負相關（Plt;0.05）；C∶P、N∶P與酸熱菌屬呈顯著正相關（Plt;0.05）；SWC與酸熱菌屬呈極顯著正相關（Plt;0.01），與苔蘚桿菌屬、獨活假絲酵母屬呈顯著負相關（Plt;0.05）；pH與Roseiarcus呈顯著正相關（Plt;0.05）。其中酸桿菌屬、慢生根瘤菌屬與海拔存在顯著相關性（Plt;0.05），說明海拔對細菌群落組成有一定的影響。

2.2.2 真菌群落組成差異分析 根據(jù)土壤基因組DNA序列分類學分析，元寶山冷杉根際真菌OTUs歸類為27門66綱122目168 科231屬76種。結果（圖1，表4）表明，在門水平上，子囊菌門（Ascomycota，44.39%）和擔子菌門（Basidiomycota，40.00%）為優(yōu)勢真菌門，其中擔子菌門在海拔之間存在顯著差異（P＜0.05）。在屬水平上，大團囊菌屬（Elaphomyces，11.59%）、蠟殼耳屬（Sebacina，5.47%）、紅菇屬（Russula，4.97%）和絲膜菌屬（Cortinarius，4.97%）為優(yōu)勢真菌屬。其中，紅茹屬隨海拔的上升呈顯著下降的趨勢（P＜0.05），其他真菌屬無顯著變化。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)Pseudohydnum和Leuconeurospora為海拔1 750 m特有真菌屬。由圖2可知，TK、TP、C∶N與暗金錢菌屬（Phaeocollybia）呈負顯著相關（Plt;0.05）， TK、TP與Cenococcum呈正顯著相關（Plt;0.05）；N∶P、C∶P與暗金錢菌屬呈正顯著相關（Plt;0.05）；SWC與紅茹屬、鵝膏菌屬（Amanita）呈顯著正相關（Plt;0.05）；pH與絲膜菌屬呈顯著正相關（Plt;0.05）。其中，鵝膏菌屬、紅茹屬、暗金錢菌屬與海拔呈顯著相關（Plt;0.05），說明海拔對真菌群落組成有一定影響。

2.2.3 微生物群落結構與環(huán)境因子的關系 不同海拔梯度變化往往會使其林分所處的氣候與土壤性質發(fā)生變化，進而影響土壤微生物的群落組成。本研究采用RDA分析元寶山冷杉根際土壤環(huán)境因子對群落組成的影響。由圖3可知，海拔（altitude，Alt）是限制元寶山冷杉根際土壤微生物群落組成的最重要因素。細菌群落中，第1軸序對所有環(huán)境因子的解釋率為19.41%，第2軸序解釋全部變量的13.08%；真菌群落中第1軸序和第2軸序分別解釋了15.11%和12.87%的結構變化。結果表明，環(huán)境因子與元寶山冷杉根際土壤微生物群落的變異存在顯著的相關性，海拔對細菌和真菌群落均有顯著影響（P＜0.05）。環(huán)境因子中SOC、TN對細菌群落有顯著影響（P＜0.05），TK、C∶N、C∶P、N∶P對細菌群落具有極顯著影響（P＜0.01）；SOC、TN、N∶P對真菌群落有顯著影響（P＜0.05），TK、C∶N、C∶P對真菌群落具有極顯著影響（P＜0.01），說明土壤養(yǎng)分限制和碳氮磷之比是驅動元寶山冷杉不同海拔根際土壤細菌和真菌群落結構變異的關鍵因子。

2.3 不同海拔梯度元寶山冷杉根際土壤微生物群落多樣性的變化

2.3.1 α多樣性 ACE指數(shù)、Chao1指數(shù)反映群落豐富度，指數(shù)越大豐富度越高；Shannon指數(shù)、Simpson指數(shù)反映群落多樣性，Shannon指數(shù)越大多樣性越高，Simpson指數(shù)越小多樣性越高。結果（圖4）表明，元寶山冷杉根際土壤α多樣性隨海拔變化均有顯著性差異（P＜0.05） ，其中海拔為1 950 m的細菌多樣性最高，海拔為1 750 m真菌多樣性最高。隨著海拔梯度的上升，元寶山冷杉根際細菌和真菌的豐富度均呈先下降后上升的趨勢；細菌多樣性總體呈先上升后下降的趨勢，真菌多樣性呈顯著下降的趨勢。

2.3.2 β多樣性 基于Bray-Curtis 距離的PCoA主坐標分析結果如圖5所示，細菌群落中，4個海拔的樣品距離相對集中，說明不同海拔間細菌群落結構較為相似，海拔為1 850 m的組內(nèi)樣品距離相對集中，說明樣品重復性較好。真菌群落中，4個海拔的樣品分布均較為分散，海拔為1 850 m的組內(nèi)樣品距離相對集中，與其他海拔組間距離較遠，說明組內(nèi)重復性較好，組間差異性略大，其他3個海拔組內(nèi)樣品較為分散， 說明組內(nèi)群落結構差異較大。元寶山冷杉根際土壤細菌和真菌β多樣性并未隨海拔呈現(xiàn)規(guī)律性變化。

綜合運用多種統(tǒng)計方法，包括 MRPP、Adonis、 Anosim、Amova，探究不同海拔分組之間元寶山冷杉根際細菌和真菌群落結構差異的顯著性。由表5可知，Anosim分析中R值大于0，說明元寶山冷杉不同海拔分組間細菌和真菌群落組成、結構存在顯著性差異（Plt;0.05）。

2.3.3 微生物群落多樣性與環(huán)境因子的關系 通過Mantel Test分析揭示元寶山冷杉根際土壤微生物群落的 α 多樣性、 β 多樣性與環(huán)境因子的關系（圖6）。由圖6可知，海拔與細菌群落的 α 多樣性呈顯著性相關（Plt;0.05）。在細菌群落中，土壤TP、TK、C∶N、N∶P、C∶P是影響細菌群落 α 多樣性的主要環(huán)境因子（Plt;0.05），土壤TP、N∶P和C∶P是影響細菌群落β多樣性的主要環(huán)境因子（Plt;0.05）。在真菌群落中，土壤TN、TP、C∶P、N∶P是影響真菌群落α多樣性的關鍵環(huán)境因子（Plt;0.05），真菌群落β多樣性與環(huán)境因子無顯著相關性（Pgt;0.05）。

3 討論

3.1 土壤環(huán)境因子與微生物群落結構的相關性

本研究發(fā)現(xiàn)，在門、屬水平上，元寶山冷杉根際土壤微生物群落的優(yōu)勢種類不隨海拔而發(fā)生改變，其相對豐度在不同海拔間有所差異，但未呈現(xiàn)明顯的海拔分布模式。酸桿菌門、變形菌門、放線菌門為優(yōu)勢細菌門，而子囊菌門與擔子菌門為優(yōu)勢真菌門，這與汪運祥等（2023）研究小尺度海拔梯度和曹麗花等（2022）研究大尺度海拔梯度的研究結果相似，說明海拔尺度的大小不會顯著影響優(yōu)勢微生物的組成結構。微生物作為食物鏈中的分解者，能夠有效分解和轉化腐殖質改良土壤養(yǎng)分；同時，土壤養(yǎng)分因子也是導致微生物群落結構變化的重要因素。本研究中，5個優(yōu)勢門均有利于有機質的分解，促進養(yǎng)分循環(huán)，可能是由于元寶山國家自然保護區(qū)地處亞熱帶季風氣候區(qū)，該區(qū)域水熱條件得天獨厚，雨熱同期氣候特征顯著，當?shù)貧夂驐l件有利于土壤有機質的積累和凋落物的分解，為各類微生物提供了豐富的底物來源。喜營養(yǎng)類的細菌和真菌類群得益于這一優(yōu)勢環(huán)境得以大量繁殖和生長，使得各海拔梯度上與代謝和分解作用相關的微生物相對豐度均占據(jù)顯著優(yōu)勢地位。該類微生物不僅有利于當?shù)赝寥鲤B(yǎng)分的循環(huán)，也為當?shù)氐纳鷳B(tài)平衡和生物多樣性保護提供了重要支撐。

酸桿菌門可有效促進土壤中的木質素分解，而變形菌門在土壤中有機質、氮、磷、硫的循環(huán)中發(fā)揮著關鍵作用，其活動狀況直接反映了土壤的營養(yǎng)狀況（肖銳等，2023），與本研究養(yǎng)分較高的海拔處豐度較高研究結果一致。放線菌門中的眾多類群能夠分泌出纖維素酶、幾丁質酶以及過氧化物酶等多種酶類，對土壤有機質的礦化過程至關重要，有助于有機質的分解和土壤肥力的提升（de Vries amp; Shade， 2013）。作為真菌界中最大的類群，子囊菌以其出色的分解和降解能力著稱，本研究中海拔間雖無顯著性差異，但在1 950 m海拔處高于其他海拔8.85%～23.60%，該菌能與宿主形成共生關系，進而增強生態(tài)系統(tǒng)的養(yǎng)分循環(huán)效率以及對環(huán)境壓力的抵御能力，因此子囊菌是導致1 950 m海拔對環(huán)境變化的適應能力較強的原因。然而，擔子菌門在分解難降解化合物方面的能力更強，尤其擅長分解復雜的木質化植被纖維（王芳和圖力古爾，2014；肖銳等，2023）。隨海拔梯度的上升擔子菌相對豐度逐漸下降（P＜0.05），在海拔1 750 m處的相對豐度顯著高于高海拔處，可能是因為元寶山冷杉低海拔處伴生樹種多，林下枯枝落葉豐富，木質素含量較高，有利于擔子菌的生長，使其成為土壤真菌的優(yōu)勢類群，從而加快當?shù)氐耐寥鲤B(yǎng)分循環(huán)。

本研究發(fā)現(xiàn)，優(yōu)勢菌屬中，僅有細菌類群的酸熱菌屬、酸桿菌屬和真菌類群的紅菇屬在海拔梯度上具有顯著性差異（P＜0.05），其他無顯著變化，而土壤含水量與酸熱菌屬呈顯著正相關（Plt;0.05），酸桿菌屬、紅菇屬與海拔梯度呈顯著負相關（Plt;0.05）。本研究還發(fā)現(xiàn)，真菌優(yōu)勢屬中大部分均為外生菌根真菌，如紅菇屬、蠟殼耳屬、絲膜菌屬等。外生菌根真菌形成的菌根網(wǎng)絡連接植物宿主與菌根真菌， 有助于植物宿主的水分與養(yǎng)分吸收，增強其在惡劣環(huán)境的抗逆性，利于維持樹木種群生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定（李敏和高秀宏，2021）。因此，這些優(yōu)勢微生物屬在改善土壤養(yǎng)分和促進植物生長中發(fā)揮著重要作用，而推測紅菇屬可能有利于提高元寶山冷杉在低海拔中的適應能力，增強抵御惡劣環(huán)境的抗逆性，但該推測還有待于進一步研究。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)Pseudohydnum和Leuconeurospora為海拔1 750 m特有真菌屬。

不同尺度上，海拔梯度對生物分布的影響因素呈現(xiàn)出多樣性差異。在大尺度上，氣候是主導微生物群落分布的關鍵因素；而小尺度上，長期適應于某一氣候帶的種群通常占據(jù)相似的氣候生態(tài)位，不同地點間土壤因子的差異是影響土壤微生物組成和豐度變化的主導因素（Yelle et al.， 2008；Hanaka et al.， 2019）。本研究開展于較小尺度的海拔梯度（1 750～2 050 m），發(fā)現(xiàn)海拔是限制元寶山冷杉根際土壤微生物群落組成最重要的因素，在所有環(huán)境因子中，SOC、土壤TN、TK、C∶N、C∶P、N∶P均具有顯著影響，土壤理化因子與微生物組成結構變化密切相關。其中，不同海拔下的土壤養(yǎng)分以及碳氮磷比是造成元寶山冷杉根際土壤微生物群落組成結構差異的重要原因。

3.2 土壤環(huán)境因子與微生物群落多樣性的相關性

山地森林生態(tài)系統(tǒng)是研究土壤微生物群落和氣候變化的天然場所，海拔梯度變化會改變氣候環(huán)境，影響植被類型，改變土壤性質，進而對微生物多樣性產(chǎn)生顯著影響（郭輝和唐衛(wèi)平，2020）。根際土壤雖僅占土體總體積的1%～3%，但其作為植物-土壤-微生物與其環(huán)境條件相互作用最為活躍且獨特的生態(tài)位點，其微生物會通過改善土壤養(yǎng)分來增強植物在逆境中的適應能力（王博等，2022）。相較于動植物，土壤微生物的海拔分布格局研究尚處于初級階段且大多數(shù)集中在表層土壤，目前研究單一木本植物的根際土壤微生物的海拔分布格局較為少見。前人研究表明，土壤微生物多樣性往往沒有普適性的海拔梯度變化規(guī)律（張地等，2012；Singh et al.， 2013；Zhang et al.， 2015；龐丹波等，2023）。

本研究表明，元寶山冷杉根際土壤的微生物多樣性和豐富度在不同海拔生境下差異顯著（P＜0.05），微生物多樣性沿海拔梯度有較為明顯的分布模式，海拔為1 950 m的細菌多樣性最高，海拔為1 750 m的真菌多樣性最高。隨著海拔的上升，元寶山冷杉細菌和真菌的豐富度均呈先下降后上升的趨勢，并且不同海拔梯度之間微生物群落豐富度指數(shù)存在顯著性差異（P＜0.05），與同為研究小尺度海拔梯度上的微生物群落的汪運祥等（2023）的研究結果一致。細菌多樣性隨海拔的上升呈現(xiàn)出先上升后下降的趨勢，在1 950 m時多樣性為最高，與貢嘎山峨眉冷杉和紫果云杉的趨勢相似（熊文君等，2021；高本強等，2022）；真菌群落多樣性則隨海拔的上升呈顯著下降的趨勢（P＜0.05），海拔1 750 m處最高，2 050 m最低，與馬纓杜鵑、天目山銀杏和青海云杉等的趨勢相似（熊涵，2021；吳狄等，2022；孟兆云等，2023）。研究表明，土壤碳氮磷含量的變化往往是導致植物影響土壤微生物群落多樣性的間接途徑，植物會通過對凋落物與根系分泌物來吸收調(diào)節(jié)C、N、P的含量，改善土壤的理化特性，進而影響土壤微生物群落（鄭雪芳等，2010；曹麗花等，2022；汪運祥等，2023；肖銳等，2023），本研究結果印證了此觀點。本研究發(fā)現(xiàn)，土壤TP、C∶P和N∶P共同顯著影響了細菌和真菌 α 多樣性（Plt;0.05），海拔、SWC、TK和C∶N也是顯著影響細菌 α 多樣性的關鍵因子（Plt;0.05），而TN則是顯著影響真菌 α 多樣性的關鍵因子（Plt;0.05）。元寶山冷杉根際土壤細菌 β 多樣性主要受土壤TP、N∶P、C∶P共同影響，而真菌 β 多樣性與環(huán)境因子無關，這與汪運祥等（2023）的研究結果有所不同。不同區(qū)域和尺度的微生物多樣性往往對海拔變化的響應存在差異，其影響因素具有高度的復雜性和多樣性，而與本研究產(chǎn)生差異的原因可能是汪運祥等（2023）針對的是低海拔的常綠闊葉樹種絲栗栲，而本研究則是針對高海拔的針葉樹種元寶山冷杉，微生物群落結構受到不同種類凋落物和根系分泌物的調(diào)控，同時土壤有機質含量、pH值以及微氣候等環(huán)境因素也會間接影響微生物群落，從而導致土壤微生物多樣性對土壤性質的響應表現(xiàn)出顯著的差異性。土壤理化因子與微生物多樣性變化密切相關，其中不同海拔下的土壤養(yǎng)分以及碳氮磷比是造成元寶山冷杉根際土壤微生物群落多樣性差異的重要原因。

3.3 不足之處

本研究的樹種為極小種群——元寶山冷杉，由于受到自然條件和物種特殊性的限制，過少的野外植株使本次采樣難以符合標準采樣方法，使本研究數(shù)據(jù)除了受到海拔影響外，還受到一定的采樣樹種個體性狀的影響，后續(xù)將開展調(diào)查采樣樹種個體性狀差異的微生物群落特征來補充本次試驗數(shù)據(jù)。盡管許多研究已指出季節(jié)變化會導致土壤溫度、濕度以及植物生長狀態(tài)的變化，進而間接影響土壤微生物群落，但是關于群落組成和多樣性變化的具體機制尚未清晰（鄭裕雄等，2018）。元寶山冷杉的種子通常在氣溫逐漸下降的10月中下旬趨于成熟并自行脫落，隨著氣溫回升與雨水增多開始萌發(fā)（王瑩等，2023）。在此過程中，越冬期的安全性對于種子的萌發(fā)至關重要。雖然低溫環(huán)境會減弱植物根系對根際微生物的影響，但較低的土壤溫度可以為山地生態(tài)系統(tǒng)中創(chuàng)造相對穩(wěn)定的棲息地，使得養(yǎng)分波動和微生物代謝活動相對減少。同時，冬季的根際土壤中的養(yǎng)分較高（熊文君等，2021），為種子的越冬提供了有利的環(huán)境條件。因此，本研究選在冬季進行采樣并探討不同海拔高度的元寶山冷杉根際土壤在高寒生境下的土壤特性和微生物群落特征對環(huán)境變化的響應機制，分析對元寶山冷杉生長發(fā)育有促進影響的微生物。但是，本研究缺少季節(jié)變化的研究，僅在冬季采樣無法透徹研究元寶山冷杉微生物群落隨時空分布格局的變化，在今后研究中我們將通過多季節(jié)的采樣和分析，全面探討微生物群落在不同季節(jié)的變化規(guī)律。

4 結論

本研究利用高通量測序技術分析不同海拔梯度元寶山冷杉根際土壤微生物群落的差異，揭示了山地森林生態(tài)系統(tǒng)中單一植物元寶山冷杉根際微生物群落在海拔上的分布格局與驅動因素。結果表明，微生物多樣性沿海拔梯度的變化有較為明顯的模式，細菌多樣性呈先上升后下降的趨勢，真菌多樣性呈現(xiàn)不斷下降的趨勢（Plt;0.05）。海拔對根際土壤微生物結構組成具有顯著影響（P＜0.05），但未呈現(xiàn)明顯的海拔分布模式，其中真菌群落受海拔影響強于細菌群落。環(huán)境因子關聯(lián)分析進一步顯示，不同海拔梯度下的土壤養(yǎng)分以及碳氮磷比是造成元寶山冷杉根際土壤微生物群落多樣性和組成結構差異的關鍵因子（Plt;0.05）。本研究結果為后續(xù)元寶山冷杉的生態(tài)保護和恢復提供了更為精確和科學的依據(jù)。

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（責任編輯 李 莉 王登惠）