楊 寅,邱鈺明,王中斌,汪海霞,曲來葉,*

1 中國科學(xué)院生態(tài)環(huán)境研究中心城市與區(qū)域生態(tài)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,北京 100085 2 中國科學(xué)院大學(xué),北京 100049 3 北京林業(yè)大學(xué),北京 100083 4 天津市林業(yè)調(diào)查規(guī)劃設(shè)計(jì)院,天津 300112

林火是森林中重要的擾動(dòng)因子,其對森林的影響程度首要取決于火燒嚴(yán)重程度[1],重度火燒會顯著地改變森林生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)以及演替過程[2]。土壤微生物在森林生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)循環(huán)和能量流動(dòng)過程中發(fā)揮著重要作用[3],真菌作為土壤微生物的重要組成成分,對火燒干擾的響應(yīng)迅速[4],對土壤理化性質(zhì)的改變十分敏感,真菌群落的組成與功能是火燒干擾后土壤恢復(fù)的重要生物指標(biāo)[5]。真菌能與植物根系形成菌根真菌促進(jìn)植物氮、磷元素的吸收[6],又可作為分解者加快土壤中植物可吸收養(yǎng)分的釋放[7],也可成為病原體阻礙植物的生長發(fā)育[8]。同時(shí),植物的養(yǎng)分運(yùn)輸也直接影響菌根真菌,植物凋落物的質(zhì)量和數(shù)量也會對腐生真菌產(chǎn)生間接影響。因此,當(dāng)植物受到火燒擾動(dòng)時(shí),真菌群落的組成與功能也會受到相應(yīng)的影響[9],植物與真菌之間的反饋使得二者的變化存在顯著的相關(guān)性[10],在火燒程度嚴(yán)重的情況下這種相關(guān)性會長期存在[11]。此外,植物主要通過根際分泌物影響真菌群落[12],根際與非根際土壤真菌群落存在顯著差異。因此,基于根際土壤的研究將更為準(zhǔn)確地反映火燒干擾后植物與真菌群落變化的相關(guān)性。

大興安嶺林區(qū)是森林火災(zāi)的頻發(fā)區(qū),也是我國森林火燒程度最嚴(yán)重的林區(qū)之一。興安落葉松(Larixgmelinii)為松科(Pinaceae)落葉松屬(Larix)喬木,其耐寒耐瘠薄,木材蓄積豐富,是該林區(qū)荒山造林和森林更新的主要樹種[13]。重度火燒跡地興安落葉松的生長和恢復(fù)是大興安嶺森林生態(tài)系統(tǒng)恢復(fù)的關(guān)鍵,對我國林業(yè)生產(chǎn)具有重要戰(zhàn)略意義[14]。國內(nèi)對火燒跡地興安落葉松土壤真菌群落具有一定的研究基礎(chǔ),張敏等通過稀釋平板法研究了火燒跡地興安落葉松土壤真菌數(shù)量的變化趨勢[15],彭瑤等利用磷脂脂肪酸方法探討了火燒跡地興安落葉松土壤真菌與細(xì)菌相對含量的變化特征[16];張虹通過變性梯度凝膠電泳法研究發(fā)現(xiàn)不同火燒程度和不同恢復(fù)年限的興安落葉松林土壤真菌群落結(jié)構(gòu)均存在顯著差異[17]。但是,以上研究均以火燒跡地的非根際土壤為研究對象,且對于重度火燒后興安落葉松生長狀態(tài)與根際土壤真菌群落組成與功能相關(guān)性的研究尚未涉及。近年來,高通量測序技術(shù)的發(fā)展以及FUNGuild工具[18- 19]的開發(fā)極大地推進(jìn)了真菌群落組成與功能的深入研究,為重度火燒跡地興安落葉松生長狀態(tài)與根際土壤真菌群落組成與功能相關(guān)性的研究奠定了基礎(chǔ)。

綜上所述,本研究在內(nèi)蒙古根河大興安嶺林區(qū)重度火燒跡地中選取兩種火燒后生長狀態(tài)差異顯著的興安落葉松(火燒枯立木和火燒存活木)為研究對象,以未火燒樣地中的興安落葉松作為對照(未火燒對照木),利用磷脂脂肪酸方法分析了根際土壤真菌群落生物量的變化特征,并通過高通量測序手段探討了根際土壤真菌群落組成與功能變化,探究重度火燒后興安落葉松生長狀態(tài)與根際土壤真菌群落組成與功能的相關(guān)性。旨在解決以下問題：重度火燒跡地興安落葉松的生長狀態(tài)如何影響根際土壤真菌群落組成與功能？本研究將為重度火燒跡地興安落葉松的恢復(fù)與管理提供科學(xué)參考和決策依據(jù)。

1 研究方法

1.1 研究區(qū)概況

本研究于2018年7月選取內(nèi)蒙古根河林業(yè)區(qū)2015年重度火燒(燒死木占蓄積量60%以上)的興安落葉松林(火燒后自然恢復(fù),無人為干預(yù)),以及附近未火燒的興安落葉松林(對照)為研究區(qū)開展調(diào)查。研究區(qū)地理坐標(biāo)為122°25′56.46″—122°26′3.68″E,50°59′22.63″—50°59′26.71″N,海拔913m。該地區(qū)年降水量450—500mm,年均溫-5.4℃。土壤以棕色針葉林土和暗棕壤為主,森林覆蓋率高達(dá)75%,主要樹種為興安落葉松(Larixgmelinii)、白樺(Betulaplatyphylla)、樟子松(Pinussylvestris)等。

1.2 樣地選擇與采樣

初步調(diào)查發(fā)現(xiàn)重度火燒跡地內(nèi)興安落葉松的生長狀態(tài)由著火點(diǎn)向外大致以同心圓形狀呈階梯分布。將其中樹皮脫落超過50%且樹枝沒有當(dāng)年生針葉的興安落葉松標(biāo)記為火燒枯立木(Burned dry wood, BDW);將樹皮有輕微脫落(<20%)但樹枝有當(dāng)年生針葉的興安落葉松標(biāo)記為火燒存活木(Burned survival wood, BSW)。在重度火燒跡地內(nèi),根據(jù)興安落葉松的生長狀態(tài),設(shè)置兩個(gè)20m×20m的樣方：第一個(gè)樣方距離火場中心較近(100m以內(nèi)),樣方內(nèi)興安落葉松多為火燒枯立木;第二個(gè)樣方距離火場中心較遠(yuǎn)(100m以外),樣方內(nèi)興安落葉松多為火燒存活木。同時(shí),在未火燒的對照樣地中設(shè)置20m×20m的對照樣方。在第一個(gè)樣方內(nèi)選取火燒枯立木9棵,在第二個(gè)樣方內(nèi)選取火燒存活木9棵,在對照樣方內(nèi)選取9棵生長狀態(tài)良好的未火燒對照木。綜上,共選取27棵興安落葉松,其胸徑基本一致。

對27棵興安落葉松的根際土壤(0—10cm)進(jìn)行采集。采樣前,先掃去土壤表面的枯枝落葉等雜物,用鐵鍬挖土找到興安落葉松的樹根,用手抖落根際土。在每棵興安落葉松根部四個(gè)方向取土,并混合為一個(gè)土樣,作為該興安落葉松的根際土壤樣品。新鮮土壤過2mm篩后放于4℃冰盒里短暫保存,帶回實(shí)驗(yàn)室。取部分新鮮土樣保存于-20℃冰箱中用于磷脂脂肪酸(Phospholipid fatty acid, PLFA)、土壤DNA的提取,另一部分土樣用于根際土壤理化性質(zhì)的測定。

1.3 根際土壤理化性質(zhì)與磷脂脂肪酸測定

土壤理化性質(zhì)測定方法[20]：土壤含水量采用鋁盒烘干法測定,土壤pH值采用酸度計(jì)(土水比1∶5)測定,土壤總碳、總氮含量采用元素分析儀測定,土壤總磷、總鉀含量采用微波消解ICP-OES法測定,土壤速效磷含量采用碳酸氫鈉法提取并用紫外分光光度計(jì)測定,土壤速效氮含量采用堿解擴(kuò)散法測定。

土壤磷脂脂肪酸測定方法[21]：(1)提?。喝?g凍干土(過100目篩)加3.6mL磷酸緩沖液、8mL甲醇、4mL氯仿,超聲波10min,震蕩1—2h,2500rpm/min離心10min。上清液加4mL氯仿、3.6mL磷酸緩沖液,混勻,分層過夜(避光),收集下層氯仿相,氮?dú)獯蹈伞?2)分離：用氯仿分兩次洗滌轉(zhuǎn)移吹干的樣品,用氯仿潤濕硅膠柱。加15mL丙酮過硅膠柱、加10mL甲醇(色譜純)過硅膠柱,收集甲醇相,氮?dú)獯蹈伞?3)甲酯化：用甲醇-甲苯(1∶1,v/v)溶液溶解吹干的脂類物質(zhì),加1mL氫氧化鉀(甲醇作溶劑,0.2mol/L),混勻,37℃溫水浴15min。冷卻至室溫,加2mL氯仿-正己烷(1∶4,v/v)、0.3mL醋酸(1mol/L)、2mL超純水,混勻,2000rpm/min離心5min,收集上層正己烷相。加2mL氯仿-正己烷(1∶4,v/v)重復(fù)提取一次,合并兩次提取的正己烷相,氮?dú)獯蹈?-20℃保存。(4)上機(jī)測定：用19C做內(nèi)標(biāo),通過氣相色譜儀得到磷脂脂肪酸特征圖譜,根據(jù)內(nèi)標(biāo)計(jì)算含量,單位用nmol/g表示。根據(jù)已發(fā)表文獻(xiàn)中的磷脂脂肪酸標(biāo)記物[22- 23],對真菌(18:2ω6c, 18:1ω9c)的磷脂脂肪酸含量進(jìn)行表征。

1.4 根際土壤DNA提取、真菌ITS基因擴(kuò)增及測序

對興安落葉松根際土壤進(jìn)行冷凍干燥和過100目篩處理,采用Qiagen土壤DNA提取試劑盒(DNeasy Power Soil Kit)對興安落葉松根際土壤進(jìn)行DNA抽提。將提取好的DNA送至上海美吉生物公司進(jìn)行真菌片段PCR擴(kuò)增和純化,真菌ITS引物為[24]：ITS1F(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA- 3)和ITS2R(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC- 3′)。PCR產(chǎn)物大小在300—500bp之間,Illumina測序。

1.5 生物信息學(xué)分析及數(shù)據(jù)處理

采用Qiime2軟件(qiime2 2019.1)對測序原始數(shù)據(jù)進(jìn)行生物信息分析：利用DADA2對下機(jī)數(shù)據(jù)進(jìn)行質(zhì)控[25],生成OTU表和代表性序列,過濾掉在Illumina測序數(shù)據(jù)中用于提高擴(kuò)增子測序質(zhì)量的任何phiX序列,同時(shí)過濾嵌合體序列。將測序得到的序列進(jìn)行隨機(jī)抽樣標(biāo)準(zhǔn)化,不同處理樣品的稀釋曲線均趨于平緩,OTU數(shù)目趨于飽和,能夠準(zhǔn)確反應(yīng)真菌群落特征。將重抽樣標(biāo)準(zhǔn)化后的OTU表轉(zhuǎn)化為相對豐度,從Unite中下載真菌數(shù)據(jù)庫sh_refs_qiime_ver8_dynamic_02.02.2019用于比對,在Qiime2中訓(xùn)練Naive Bayes分類器,進(jìn)而對各個(gè)OTU進(jìn)行物種注釋并分級匯總可視化。利用Qiime2計(jì)算α多樣性指數(shù)[26](Chao1指數(shù)、Pielou均勻度指數(shù)、香農(nóng)多樣性指數(shù))。使用R語言vegan包進(jìn)行基于Weighted-Unifrac距離的主坐標(biāo)分析(Principal coordinates analysis,PCoA)比較各樣地真菌群落的β多樣性并進(jìn)行群落相似性分析(Analysis of similarities, ANOSIM)[27]。通過LEfSe(LDA Effect Size)分析尋找組間差異物種(LDA閾值為4.0)[28],使用FUNGuild對真菌群落進(jìn)行營養(yǎng)方式(Trophic mode)與功能群(Guild)劃分[18- 19]。使用SPSS24.0對根際土壤理化性質(zhì)、磷脂脂肪酸、真菌群落多樣性指數(shù)、組成與功能進(jìn)行單因素方差分析,用LSD方法比較不同組之間的差異。使用R語言vegan包進(jìn)行冗余分析(Redundancy analysis,RDA)探討影響根際土壤真菌菌門相對豐度的主要環(huán)境因子[27],通過Pearson相關(guān)性分析真菌菌屬相對豐度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性。所有制圖通過Origin 9.1、R 3.5.1版本完成。

2 結(jié)果與分析

2.1 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤理化性質(zhì)與真菌磷脂脂肪酸含量

根際土壤理化性質(zhì)如表1所示,火燒枯立木與火燒存活木根際土壤總磷含量顯著高于未火燒對照木(P<0.05),但火燒枯立木與火燒存活木根際土壤總磷含量差異沒有達(dá)到顯著水平。火燒枯立木根際土壤速效磷含量顯著高于未火燒對照木(P<0.05),總鉀含量顯著低于未火燒對照木(P<0.05),而火燒存活木速效磷、總鉀含量與未火燒對照木均不存在顯著差異。此外,火燒枯立木與火燒存活木的土壤pH、含水量、總碳、總氮、速效氮含量與未火燒對照木均不存在顯著差異。

表1 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤理化性質(zhì)

根際土壤真菌磷脂脂肪酸含量如圖1所示。相較于未火燒對照木,火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌磷脂脂肪酸含量顯著降低(P<0.05),且火燒枯立木根際土壤真菌磷脂脂肪酸含量顯著低于火燒存活木(P<0.05)。

圖1 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤真菌磷脂脂肪酸含量Fig.1 Fungi PLFA contents in rhizosphere soil of Larix gmelinii in different growth status after fire字母不同代表處理間差異顯著(P<0.05)

2.2 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤真菌群落多樣性分析

根際土壤真菌群落的α多樣性如表2所示。相較于未火燒對照木,火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌群落Chao1指數(shù)顯著降低(P<0.05),但Pielou均勻度沒有發(fā)生顯著變化。火燒存活木的香農(nóng)多樣性指數(shù)顯著低于未火燒對照木(P<0.05),而火燒枯立木的香農(nóng)多樣性指數(shù)沒有發(fā)生顯著變化。

真菌群落β多樣性的主坐標(biāo)分析結(jié)果如圖2所示。前兩個(gè)排序軸的解釋率分別為38.28%與17.92%。其中,未火燒對照木聚集在第一排序軸的正半軸,而火燒枯立木與火燒存活木聚集在第一排序軸的負(fù)半軸。同時(shí),火燒枯立木聚集在第二排序軸的負(fù)半軸,而火燒存活木在第二排序軸的正負(fù)半軸均有聚集。真菌群落的相似性分析(ANOSIM)結(jié)果顯示,火燒枯立木、火燒存活木、未火燒對照木根際土壤真菌群落存在極顯著差異(P<0.001)。

圖2 真菌群落β多樣性主坐標(biāo)分析以及群落相似性分析 Fig.2 PCoA of beta diversity and ANOSIM of rhizosphere soil fungal community

2.3 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤真菌群落組成及功能差異

從重度火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤測序樣品中共劃分出2230個(gè)真菌OTU,隸屬8門21綱50目87科146屬。真菌群落門水平的相對豐度如表3所示,未火燒對照木根際土壤中擔(dān)子菌門(Basidiomycota)為優(yōu)勢菌門(相對豐度60%)。相較于未火燒對照木,火燒枯立木與火燒存活木根際土壤中擔(dān)子菌門(Basidiomycota)相對豐度顯著降低(P<0.05),優(yōu)勢菌門轉(zhuǎn)變?yōu)樽幽揖T(Ascomycota),相對豐度顯著升高(P<0.05)。火燒枯立木與火燒存活木各真菌菌門的相對豐度不存在顯著差異。

表3 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松門分類水平下根際土壤真菌群落組成

表2 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤真菌群落α多樣性

Table 2 Alpha diversity of fungal communities in rhizosphere soil of Larix gmelinii in different growth status after fire

LEfSe分析結(jié)果及系統(tǒng)發(fā)育樹如圖3所示,在LDA閾值為4.0的顯著差異條件下,火燒枯立木、火燒存活木、未火燒對照木從綱到屬存在顯著差異的真菌類群有21個(gè),其中屬分類水平上有10個(gè)。將存在顯著差異的真菌菌屬進(jìn)行營養(yǎng)方式(Trophic mode)與功能群(Guild)劃分,結(jié)果如表4所示。未火燒對照木根際土壤中真菌主要營養(yǎng)方式為共生型,擔(dān)子菌門(Basidiomycota)的蠟傘屬(Hygrophorus)、紅菇屬(Russula)、絲膜菌屬(Cortinarius)均為外生菌根真菌,相對豐度顯著高于火燒枯立木與火燒存活木(P<0.05)?；馃萘⒛靖H土壤中真菌主要營養(yǎng)方式為共生型以及病原-腐生-共生復(fù)合型。其中,子囊菌門(Ascomycota)的Leptodontidium屬、Phialocephala屬為內(nèi)生真菌,Coniochaeta屬為子囊菌門(Ascomycota)的動(dòng)物病原-糞腐生-內(nèi)生復(fù)合功能真菌,這三個(gè)菌屬的相對豐度均顯著高于火燒存活木與未火燒對照木(P<0.05)?；馃婊钅靖H土壤中真菌主要營養(yǎng)方式為共生型以及腐生-共生復(fù)合營養(yǎng)方式。其中,子囊菌門(Ascomycota)的長毛盤菌屬(Trichophaea)為糞腐生-外生菌根復(fù)合功能真菌,Calyptrozyma屬為木質(zhì)腐生-外生菌根復(fù)合功能真菌,這兩個(gè)菌屬的相對豐度顯著高于火燒枯立木與未火燒對照木(P<0.05)。

表4 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤真菌菌屬功能群

圖3 火燒后不同生長狀態(tài)的興安落葉松根際土壤真菌線性判別分析結(jié)果與系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.3 LEfSe analysis and cladogram of rhizosphere soil fungi of Larix gmelinii in different growth status after fire圖中每一個(gè)節(jié)點(diǎn)代表一個(gè)真菌類群,節(jié)點(diǎn)的直徑代表相對豐度的大小,組間相對豐度差異不顯著的真菌類群用黃色節(jié)點(diǎn)標(biāo)注,差異顯著的真菌類群跟隨組別進(jìn)行著色;a：Calyptrozyma：Calyptrozyma屬;b：Leptodontidium：Leptodontidium屬;c：Phialocephala：Phialocephala屬;d：Vibrisseaceae：Vibrisseaceae科;e：Trichophaea：長毛盤菌屬;f：Coniochaeta：錐毛殼屬;g：Coniochaetaceae：錐毛殼科;h：Coniochaetales：錐毛殼目;i：Trichoderma：木霉屬;j：Hygrophoraceae：蠟傘科;k：Sordariaceae：糞殼菌科;l：Cortinarius：絲膜菌屬;m：Cortinariaceae：絲膜菌科;n：Hygrophorus：蠟傘屬o：Hypocreaceae：肉座菌科;p：Inocybe：絲傘蓋屬;q：Inocybaceae：絲傘蓋科;r：Russula：紅菇屬;s：Russulaceae：紅菇科;t：Russulales：紅菇目;u：Thelephorales：革菌目

2.4 影響興安落葉松根際土壤真菌群落的環(huán)境因子

真菌群落門水平組成與根際土壤理化性質(zhì)的冗余分析結(jié)果如圖4所示(僅展示相關(guān)性顯著的根際土壤理化性質(zhì)),前兩個(gè)排序軸的解釋率分別為44.56%與1.60%。根際土壤總磷與總鉀含量是影響真菌群落門水平組成的主要環(huán)境因子。其中,根際土壤總磷含量與子囊菌門(Ascomycota)相對豐度顯著正相關(guān)(P<0.05),與擔(dān)子菌門(Basidiomycota)相對豐度顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05)。根際土壤總鉀含量與子囊菌門(Ascomycota)相對豐度顯著負(fù)相關(guān)(P<0.05),與擔(dān)子菌門(Basidiomycota)相對豐度顯著正相關(guān)(P<0.05)。

圖4 真菌群落組成與土壤理化性質(zhì)的冗余分析 Fig.4 RDA of fungal communities composition and physicochemical properties of rhizosphere soil

為探究造成火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌群落差異的因素,對子囊菌門內(nèi)相對豐度較高且存在顯著差異的真菌菌屬與根際土壤理化性質(zhì)進(jìn)行Pearson相關(guān)分析,結(jié)果如表5所示。Leptodontidium屬相對豐度與總磷含量顯著正相關(guān)(P<0.05),Phialocephala屬相對豐度與總碳、總氮含量顯著正相關(guān)(P<0.05),Calyptrozyma屬相對豐度與總碳、總磷含量顯著正相關(guān)(P<0.05),Trichophaea屬、Coniochaeta屬相對豐度與根際土壤理化性質(zhì)不存在顯著相關(guān)性。

表5 真菌菌屬相對豐度與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)系數(shù)

3 討論與結(jié)論

3.1 真菌群落磷脂脂肪酸含量與多樣性

磷脂脂肪酸含量是反映土壤微生物量大小的重要指標(biāo)[29]。火燒跡地真菌生物量變化的原因可歸結(jié)為火燒過程中土壤升溫對真菌的致死作用[30]、火燒后土壤水分養(yǎng)分條件的破壞[31]以及共生植物缺失。本研究中火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌磷脂脂肪酸含量顯著低于未火燒對照木,重度火燒顯著降低了興安落葉松根際土壤真菌群落生物量,與已有重度火燒跡地中真菌生物量變化的研究結(jié)果一致[32]?；馃萘⒛菊婢字舅岷匡@著低于火燒存活木,這可能有以下兩方面原因：一是因?yàn)橹囟然馃E地中土壤升溫不均勻?qū)е禄馃萘⒛九c火燒存活木根際土壤真菌生物量損失程度存在差異,二是因?yàn)檎婢锪渴艿脚d安落葉松生長狀態(tài)的影響,火燒存活木生長狀態(tài)較好,促進(jìn)了火燒后根際土壤真菌生物量的恢復(fù)。Chao1指數(shù)是反映物種豐富度的指標(biāo)[33],Pielou均勻度指數(shù)反映物種分布均勻度[34]。結(jié)果顯示,火燒枯立木與火燒存活木的Chao1指數(shù)顯著低于未火燒對照木,但Pielou均勻度指數(shù)與未火燒對照木不存在顯著差異,這說明重度火燒降低了興安落葉松根際土壤真菌群落的物種豐富度但沒有對物種分布均勻度產(chǎn)生影響。

3.2 真菌群落組成和功能變化特征以及環(huán)境因子影響機(jī)制

本研究中興安落葉松根際土壤真菌門類以子囊菌門(Ascomycota)和擔(dān)子菌門(Basidiomycota)為主,這與已有大興安嶺針葉林土壤真菌群落的研究結(jié)果一致[35]。其中,擔(dān)子菌門(Basidiomycota)常與植物共生形成菌根[36],促進(jìn)植物的養(yǎng)分吸收與生長發(fā)育。未火燒對照木根際土壤水分養(yǎng)分條件良好,故其根際土壤真菌群落中擔(dān)子菌門(Basidiomycota)為優(yōu)勢菌門。子囊菌門(Ascomycota)可以產(chǎn)生胞外酶[37],更好地降解木質(zhì)素、纖維素等難分解的物質(zhì),對植物殘茬和碎屑十分敏感[38- 39],重度火燒后地表枯枝落葉與灰燼大量增加,所以子囊菌門(Ascomycota)在火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌群落中占據(jù)了優(yōu)勢。冗余分析結(jié)果表明,重度火燒后根際土壤總磷、總鉀含量是影響真菌門類的主要環(huán)境因子,有研究表明在富含磷元素的土壤中擔(dān)子菌門相對豐度較低[40- 41],與本研究結(jié)果一致。真菌功能群分析結(jié)果表明,未火燒對照木根際土壤中擔(dān)子菌門(Basidiomycota)的優(yōu)勢菌屬多為外生菌根真菌,這類真菌被認(rèn)為是對火燒敏感的真菌類群[42],且外生菌根真菌具有宿主植物專一性,火燒后外生菌根真菌群落的變化會受到恢復(fù)過程中定植植物的影響[43]。火燒枯立木與火燒存活木根際土壤中外生菌根真菌相對豐度顯著減少,這說明興安落葉松的生長狀態(tài)以及土壤環(huán)境尚未恢復(fù)到適宜外生菌根真菌繁殖的水平。外生菌根真菌是森林生態(tài)系統(tǒng)中重要的菌類,它可以擴(kuò)大興安落葉松根系吸收營養(yǎng)的面積、增強(qiáng)植物的抗逆性、促進(jìn)植物生長[44],可考慮在重度火燒跡地興安落葉松的恢復(fù)過程中接種外生菌根真菌來促進(jìn)恢復(fù)。

火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌群落中子囊菌門(Ascomycota)的優(yōu)勢菌屬相對豐度及其所屬功能群存在顯著差異：火燒枯立木根際土壤中相對豐度顯著增加的Leptodontidium屬、Phialocephala屬為內(nèi)生真菌。其中,Phialocephala屬為深色有隔內(nèi)生真菌,可以在宿主根系定植并抑制致病菌的生長[45],同時(shí)增加植物生物量[46],而Leptodontidium屬的生長繁殖特性與Phialocephala屬十分相似[47- 48],Analie等通過盆栽實(shí)驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)Leptodontidium屬的寄主植物十分廣泛,其與Phialocephala屬的共存可以顯著增加植物莖重[49]?；馃婊钅靖H土壤中相對豐度顯著增加的長毛盤菌屬(Trichophaea)與Calyptrozyma屬為腐生-共生復(fù)合型真菌。其中,長毛盤菌屬(Trichophaea)屬于盤菌目(Pezizales),這一真菌菌目具備一定的適應(yīng)火燒的特性,如耐高溫、火燒后不久會產(chǎn)生大量耐熱孢子等[50],在輕中度火燒跡地中會作為火燒適應(yīng)型真菌來替代減少的火燒敏感型真菌?；馃婊钅靖H土壤中相對豐度增加的菌屬多為腐生-共生復(fù)合營養(yǎng)型真菌,真菌的營養(yǎng)方式與寄主植物生長狀態(tài)以及土壤環(huán)境密切相關(guān),真菌會改變自身的營養(yǎng)方式以維持正常的生理活動(dòng)[51],當(dāng)植物健康生長時(shí)為共生型真菌,當(dāng)植物衰老或死亡時(shí)可轉(zhuǎn)變?yōu)楦婢?這些真菌為應(yīng)對不同的生存條件而采取了不同的營養(yǎng)策略[52]。由此可見,火燒枯立木與火燒存活木真菌群落的恢復(fù)策略存在差異,火燒枯立木根際土壤真菌群落通過Leptodontidium屬、Phialocephala屬這兩種內(nèi)生菌根真菌的共同作用來促進(jìn)興安落葉松根系與生物量的恢復(fù),而火燒存活木根際土壤真菌群落對火燒的適應(yīng)性顯著增加,同時(shí)通過與興安落葉松的腐生與共生關(guān)系促進(jìn)其根際土壤物質(zhì)循環(huán)與能量流動(dòng)。此外,不同于火燒枯立木,火燒存活木根際土壤中病原型真菌相對豐度沒有較未火燒對照木顯著增加,這說明興安落葉松良好的生長存活狀態(tài)對其根際土壤真菌群落中病原型真菌有一定的抑制作用[53]。相關(guān)性分析表明,火燒枯立木與火燒存活木根際土壤中存在顯著差異的真菌菌屬中,Leptodontidium屬、Phialocephala屬、Calyptrozyma屬相對豐度與根際土壤理化性質(zhì)(總碳、總氮、總磷含量)存在顯著相關(guān)性,而Trichophaea屬、Coniochaeta屬相對豐度與根際土壤理化性質(zhì)不存在顯著相關(guān)性,這說明除環(huán)境因子外,火燒后興安落葉松的不同生長狀態(tài)也對根際土壤真菌群落屬水平上的組成及功能產(chǎn)生了不同的影響,造成了火燒枯立木與火燒存活木根際土壤真菌群落的差異。

綜上所述,重度火燒后興安落葉松根際土壤真菌群落生物量與多樣性顯著降低,火燒枯立木與火燒存活木的根際土壤真菌群落組成及功能存在顯著差異。根際土壤總碳、總氮、總磷、總鉀含量是影響真菌群落的主要環(huán)境因子。根際土壤真菌群落的變化特征對于興安落葉松的恢復(fù)具有重要的指示意義,應(yīng)在火燒恢復(fù)中引起重視。