吳佳海，鄒 芹，杜 曲，張 濤，李金苗，肖 斌，劉 瑋,3

（1江西農(nóng)業(yè)大學(xué)林學(xué)院/園林與藝術(shù)學(xué)院，南昌 330045；2嘉興濟(jì)興環(huán)境科技有限公司，浙江 嘉興 314000；3江西廬山森林生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站，江西 九江 332900；4江西廬山國家級自然保護(hù)區(qū)管理局，江西 九江 332900；5湛江科技學(xué)院，廣東 湛江 524084；6中國林科院亞熱帶林業(yè)實(shí)驗(yàn)中心，江西 分宜 336600）

0 引言

廬山地理位置獨(dú)特，常常被認(rèn)為是一個重要的生物避難所，其森林覆蓋率高，植被也較豐富，包括不少稀有、孑遺物種，具有較高的生態(tài)功能和價(jià)值[1]。建國前，由于人工采伐等原因，作為廬山低海拔較為常見的常綠闊葉林受到了嚴(yán)重的破壞，但是從20世紀(jì)40—50年代保護(hù)至今，廬山又逐漸恢復(fù)了以石櫟(Lithocarpus glaber)、甜楮(Castanopsis eyrei)等為建群種的常綠闊葉林植被，既具有地帶性特點(diǎn)，又具有地域性特征，這在中亞熱帶地區(qū)是極為少見的[2]。然而，在廬山常綠闊葉林中，人們對地下生態(tài)過程的重要參與者AM真菌，知之甚少。因此，對廬山常綠闊葉林土壤AM真菌群落及其分布特征的研究，不僅可以推動其土壤AM真菌的開發(fā)和利用，還可以推動人們對其地下生態(tài)過程的了解。AM真菌是一類古老的內(nèi)生真菌類群，能與約80%陸地高等植物形成共生關(guān)系，在個體角度上，AM真菌可以促進(jìn)植物生長并提高其抗病蟲害、抗干旱等能力[3-6]；在森林生態(tài)系統(tǒng)中，AM真菌可以提高樹木幼苗的存活率，也可以促進(jìn)樹木生長與提高樹木初級生產(chǎn)力，還可以推動退化森林的恢復(fù)與維持植被群落多樣性[7-10]。自從1844年TULASNE兄弟通過AM真菌孢子形態(tài)特征描述開始，人們對AM真菌的種群及其分類、分布特征探究一直在延續(xù)，同時在前撲后繼工作者的共同努力下，AM真菌的分類系統(tǒng)不斷地得到擴(kuò)充和完善[11]。2019年以來，基于孢子形態(tài)學(xué)分析法，研究AM真菌多樣性和分布特征的文章也時有報(bào)道[12-13]。但是，目前以形態(tài)學(xué)方法探索廬山常綠闊葉林土壤AM真菌群落及其分布特征的研究較為罕見。結(jié)合形態(tài)學(xué)鑒定法，對廬山常綠闊葉林土壤AM真菌群落及其分布特征進(jìn)行研究，以期為其土壤AM真菌資源開發(fā)與利用提供理論基礎(chǔ)。

1 材料與方法

1.1 研究地點(diǎn)概況

廬山位于長江中下游鄱陽湖平原西北部，屬斷塊山構(gòu)造地貌、冰蝕地貌、流水地貌三位一體的復(fù)合型地貌景觀，面積302 km2，海拔跨越40～1474m，屬中亞熱帶東部濕潤季風(fēng)氣候，同時又具有山地氣候的特征。廬山年平均氣溫11.4°C，年平均降水量1929.2mm，降水主要集中與4—7月。

廬山常綠闊葉林樣地位于廬山南山伴耳峰區(qū)域(115°54′23.39″E，29°31′05.28″N)，樣地大小為100m×100m，海拔402m。在廬山常綠闊葉林中，喬木建群種常有變化，像本樣地中從東及西，殼斗科(Fagaceae)的甜楮(C.eyrei)、石櫟(L.glaber)，樟科(Lauraceae)的樟樹(Cinnamomum camphora)均有所分布，但是分布并不均勻，并且這幾種建群喬木根系分布范圍較廣，在山坡地上進(jìn)行根際土取樣較為困難。但老鼠矢(S.stellaris)，檵木(L.chinensis)，山胡椒(L.glauca)，連蕊茶(C.fraterna)這4種植物常綠闊葉林樣地中分布較為均勻、普遍，為常見樹種。

1.2 取樣及處理方法

1.2.1 取樣方法 2018年6月，在常綠闊葉林樣地中設(shè)置4個20m×20m的小樣方進(jìn)行取樣，其中在每個20m×20m的小樣方種選取常見的老鼠矢，檵木，山胡椒和連蕊茶4種植物，每種植物隨機(jī)選擇5株個體，共計(jì)80株個體，并在土壤表面清理枯枝落葉后隨主根挖掘、采集其在0～30 cm土層的根際土樣(1～2 kg)以及根系樣品。另外，樣品是以四方位取樣法取得，其中土樣樣品分為2部分，一部分風(fēng)干保存，另一部分置于-20oC冰柜冷藏保存；其中根系樣品則用流水沖凈后置于-20oC下冷藏保存。

1.2.2 AM真菌孢子形態(tài)鑒定方法

（1）使用改進(jìn)的濕篩傾析法分離和獲取土壤中的AM真菌孢子[14-15]；

（2）孢子形態(tài)鑒定依據(jù)INVAM(http://invam.caf.wvu.edu/Myc-Info/)、http://www.zor.zut.edu.pl/Glomeromycota/index.html和《球囊菌門叢枝菌根真菌最新分類系統(tǒng)菌種名錄》中AM真菌的分類與描述[16]。

1.2.3 AM真菌群落多樣性指標(biāo)計(jì)算方法 土壤AM真菌多樣性特征采用下列指標(biāo)代表：

（1）孢子密度(Spore density，SD)為10 g風(fēng)干土中AM真菌的孢子數(shù)量、物種豐富度(Species richness，SR)、Pielou 均勻度指數(shù)(Pielou evenness index，J)等按照吳佳海等[15]的方法計(jì)算。

（2）相對多度(Relative abundance，RA)、分離頻率(Isolation frequency，IF)、重要值(Importance value，IV)根據(jù)鐘凱和董怡然的方法計(jì)算[17-18]，其中IV＜10%，則為稀有種，10%≤IV＜30%則為常見種，30%≤IV＜50%，則為廣布種；IV≥50%，則為優(yōu)勢種。

（3）Shannon-Wiener指數(shù)(Shannon-Wiener index，H')根據(jù)春蕾和崢嶸的方法計(jì)算[19]。

1.2.4 土壤養(yǎng)分特征測定方法 測定的土壤因子有pH、氨態(tài)氮(Ammonium nitrogen，NH4+-N)、硝態(tài)氮(Nitrate nitrogen，NO3--N)、全氮(Total nitrogen，TN)、全磷(Total phosphorus，TP)、全鉀(Total potassium，TK)。所有指標(biāo)均按照鮑士旦的方法進(jìn)行測定[20]。

1.2.5 植物根系A(chǔ)M真菌侵染特征測定 采用改進(jìn)的醋酸墨水法測定植物根系A(chǔ)M真菌侵染特征，計(jì)算公式如式(1)所示[21-22]。

1.3 數(shù)據(jù)分析

采用單因素方差分析比較不同植物根際AM真菌孢子密度、物種豐富度以及土壤養(yǎng)分之間的差異，數(shù)據(jù)采用SPSS 22.0(SPSS Inc.,Chicago,IL)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。相關(guān)性系數(shù)用于分析植物根際AM真菌孢子密度與物種豐富度之間的關(guān)系以及兩者與土壤養(yǎng)分、水分之間的關(guān)系。Cannoco 5.0(CANOCO for Windows v.5.0)用于典范對應(yīng)分析Canonical Correlation Analysis(CCA)分析，解釋AM真菌群落分布特征與土壤養(yǎng)分特征之間的關(guān)系。

2 結(jié)果與分析

2.1 常見植物根系侵染特征

4種植物根系均有AM真菌侵染，其中侵染率從高到低依次為連蕊茶(24.14%)、檵木(23.65%)、老鼠矢(21.68%)、山胡椒(21.53%)，且不同植物根系侵染率之間存在顯著差異（圖1）。

圖1 廬山常綠闊葉林常見植物根系A(chǔ)M真菌侵染特征

優(yōu)勢種和廣布種AM真菌的孢子密度與侵染率呈正相關(guān)，但均不顯著(R=0.095，P=0.447；R=0.213，P=0.084)；常見種和稀有種AM真菌的孢子密度與侵染率呈負(fù)相關(guān)，也均不顯著(R=-0.090，P=0.467；R=-0.071，P=0.569)。優(yōu)勢種和廣布種AM真菌的物種豐富度與侵染率呈正相關(guān)，但均不顯著(R=0.058，P=0.646；R=0.201，P=0.103)；常見種和稀有種AM真菌的物種豐富度與侵染率呈負(fù)相關(guān)，也均不顯著(R=-0.122，P=0.324；R=-0.082，P=0.511)。

2.2 常見植物根際AM真菌群落組成

通過孢子形態(tài)鑒定方法，從廬山常綠闊葉林4種常見植物根際共分離出AM真菌7屬44種，包括球囊霉屬(Glomus)19種，無梗囊霉屬(Acaulospora)16種，雙型囊霉屬(Ambispora)5種，根孢囊霉屬(Rhizophagus)、近明球囊霉屬(Claroideoglomus)、硬囊霉屬(Sclerocystis)與多樣孢囊霉屬(Diversispora)各1種，其中球囊霉屬(Glomus)和無梗囊霉屬(Acaulospora)為優(yōu)勢屬（表1）。同時，根據(jù)優(yōu)勢度可將44個AM真菌物種劃分為4個優(yōu)勢種、5個廣布種、12個常見種和23個稀有種，其中優(yōu)勢種均屬于球囊霉屬；而稀有種在7屬AM真菌中均有分布（圖2）。

表1 廬山常綠闊葉林常見植物根際AM真菌的分布特征 %

續(xù)表1

圖2 常見植物根際AM真菌群落組成

2.3 常見植物根際AM真菌分布特征

4種植物根際AM真菌孢子密度不存在顯著差異，但物種豐富度存在顯著差異（表2）此外，優(yōu)勢種、廣布種、常見種和稀有種AM真菌的孢子密度之間均存在負(fù)相關(guān)，但只有優(yōu)勢種AM真菌的孢子密度和常見種、稀有種AM真菌的孢子密度存在顯著負(fù)相關(guān)(R=-0.273，P=0.023；R=-0.268，P=0.026)；同時，優(yōu)勢種、廣布種、常見種和稀有種AM真菌的物種豐富度之間均存在負(fù)相關(guān)，但均不顯著(P＞0.05)。

表2 常見植物根際土壤AM真菌分布特征

4種植物根際AM真菌相對多度和分離頻率存在極顯著相關(guān)(R=0.991，P＜0.01)。

由圖3和圖4可知，在優(yōu)勢種AM真菌方面，只有檵木根際優(yōu)勢種AM真菌的孢子密度顯著高于山胡椒，同時只有山胡椒根際優(yōu)勢種AM真菌的物種豐富度顯著低于其他植物；在廣布種AM真菌方面，只有老鼠矢根際廣布種AM真菌的孢子密度顯著低于連蕊茶和山胡椒；在常見種AM真菌方面，只有老鼠矢根際常見種AM真菌的物種豐富度顯著高于山胡椒；在稀有種AM真菌方面，只有山胡椒根際稀有種AM真菌的孢子密度顯著高于檵木和連蕊茶。

圖3 植物根際不同優(yōu)勢度AM真菌孢子密度之間的差異

圖4 植物根際不同優(yōu)勢度AM真菌物種豐富度之間的差異

除老鼠矢外，其他植物根際優(yōu)勢種和廣布種AM真菌的孢子密度之和與物種豐富度之和均高于其根際常見種和稀有種AM真菌的孢子密度之和與物種豐富度之和（圖3和圖4）。

2.4 常見植物根際AM真菌群落影響因素

不同植物的根際土壤中，除了全氮、氨態(tài)氮和水分存在顯著差異外，其他土壤養(yǎng)分均不存在顯著差異（表3）。

表3 常見植物根際土壤養(yǎng)分情況

圖5為土壤養(yǎng)分、水分與AM真菌群落分布的典范對應(yīng)分析圖，其中第一主軸解釋3.14%，第二主軸解釋了5.63%，總共解釋了8.77%。由圖5可知，土壤養(yǎng)分（全氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、全鉀）、pH和水分對AM真菌群落影響較弱；不同優(yōu)勢度AM真菌受土壤養(yǎng)分、pH和水分影響程度不同，受影響程度從高到低依次為稀有種、常見種、廣布種和優(yōu)勢種。

圖5 廬山常綠闊葉林常見植物根際AM真菌分布對土壤養(yǎng)分、水分響應(yīng)的典范對應(yīng)分析圖

3 結(jié)論

本研究在AM真菌形態(tài)學(xué)鑒定的基礎(chǔ)上，引入了AM真菌優(yōu)勢度的概念，并將不同優(yōu)勢度AM真菌的分布特征為研究出發(fā)點(diǎn)，發(fā)現(xiàn)在夏季廬山常綠闊葉林中，常見植物與AM真菌的共生模式可能是以優(yōu)勢種AM真菌和廣布種AM真菌共生為主，以常見種AM真菌和稀有種AM真菌補(bǔ)充共生的共生模式；在該共生模式下，植物根際AM真菌資源較為豐富，以球囊霉屬和無梗囊霉屬為優(yōu)勢屬且分布不均；AM真菌與植物共生程度由不同優(yōu)勢度AM真菌共同決定；不同優(yōu)勢度AM真菌之間相互影響較弱；AM真菌分布受土壤養(yǎng)分（全氮、氨態(tài)氮、硝態(tài)氮、全磷、全鉀）、pH和水分影響較小，但不同優(yōu)勢度AM真菌受土壤養(yǎng)分、pH和水分影響程度不同。

AM真菌也會受季節(jié)影響，因此，在春季、秋季和冬季中，常見樹種與根際AM真菌的共生方式是否與夏季一致；同時，該共生模式仍需要進(jìn)一步通過盆栽試驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證。

4 討論

眾所周知，AM真菌廣泛分布于自然界中，能與陸地上約80%的高等植物形成互惠共生關(guān)系[6,23]。同時，AM真菌有著豐富的生態(tài)功能，在促進(jìn)植物生長和植物群落演替等方面都起著重要作用[24-25]。同時侵染率是表示AM真菌與宿主植物共生程度的一個重要指標(biāo)。然而關(guān)于侵染率，在研究探索過程中，不同學(xué)者確有不同看法，其中姜攀和宰學(xué)明[26-27]的研究均認(rèn)為AM真菌孢子密度與AM真菌侵染率不存在顯著相關(guān)，而賀學(xué)禮等[28]研究發(fā)現(xiàn)AM真菌孢子密度與AM真菌侵染率存在顯著相關(guān)，而本研究的結(jié)果與姜攀和宰學(xué)明[26-27]的研究結(jié)果一致。可能產(chǎn)生的原因是：第一，有些AM真菌物種處于幼年階段，還不具備侵染植物的能力；第二，不同優(yōu)勢度的AM真菌對侵染率的影響不同，有的AM真菌有利于提高植物根系侵染率，而有的AM真菌有利于降低植物根系侵染率，從而導(dǎo)致總的AM孢子密度與侵染率不存在顯著相關(guān)。同時，本研究也發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢種和廣布種AM真菌的孢子密度和物種豐富度均與侵染率存在正相關(guān)，而常見種和稀有種AM真菌的孢子密度和物種豐富度則均與侵染率存在負(fù)相關(guān)。這一結(jié)論印證了上述第二點(diǎn)猜想，但是各優(yōu)勢度AM真菌的孢子密度和物種豐富度均與侵染率均不存在顯著相關(guān)。原因可能跟上述的第一點(diǎn)猜想一致。同時，本研究還發(fā)現(xiàn)除了老鼠矢外，其他植物根際優(yōu)勢種和廣布種AM真菌的孢子密度之和與物種豐富度之和均高于常見種和稀有種AM真菌的孢子密度之和與物種豐富度之和。因此，綜合上述2個結(jié)果猜測，在夏季的廬山常綠闊葉林中，AM真菌與常見植物的共生模式可能是以優(yōu)勢種和廣布種AM真菌為主共生，常見種和稀有種AM真菌為補(bǔ)充共生的共生模式。

AM真菌分布受到眾多生物因素和非生物因影響的同時也受AM真菌自身產(chǎn)孢能力和傳播能力等特性的影響[15,29]。本研究發(fā)現(xiàn)，球囊霉屬和無梗囊霉屬為優(yōu)勢屬。這與袁騰等[30]和BONFIM等[31]的研究結(jié)果一致。球囊霉屬與無梗囊霉屬在各個生態(tài)系統(tǒng)中均較為常見，是AM真菌的兩個大屬，具有龐大的家族，還具有高的傳播能力與高的適應(yīng)能力[32]。因此，球囊霉屬與無梗囊霉屬AM真菌其龐大家族群落與較強(qiáng)的適應(yīng)能力可能是其成為優(yōu)勢群落的原因。此外，本研究還發(fā)現(xiàn)，不同植物根際AM真菌孢子密度不存在顯著差異，與陳志超等研究結(jié)果一致[33]。但植物根際不同優(yōu)勢度AM真菌的孢子密度卻存在顯著差異（常見種除外）。同時也發(fā)現(xiàn)優(yōu)勢種AM真菌的孢子密度和常見種、稀有種AM真菌的孢子密度存在顯著負(fù)相關(guān)。因此，根據(jù)上述3個結(jié)果猜測，植物根際處于優(yōu)勢AM真菌的孢子密度可能被弱勢AM真菌的孢子密度所稀釋，最終導(dǎo)致AM真菌總孢子密度不存在顯著差異。另外，本研究發(fā)現(xiàn)不同植物根際的AM真菌物種豐富度存在顯著差異，與何斐等結(jié)果一致[34]。同時也發(fā)現(xiàn)不同植物根際優(yōu)勢種和常見種AM真菌的物種豐富度存在顯著差異，并且不同優(yōu)勢度AM真菌物種豐富度之間不存在顯著相關(guān)。所以，不同植物根際AM真菌物種豐富度的差異是由優(yōu)勢種和常見種AM真菌引起。常見種AM真菌分離頻率和相對多度均較低，其產(chǎn)孢能力和傳播能力可能較弱，同時常見種AM真菌可能更加容易土壤養(yǎng)分的影響。因此，常見種AM真菌能引起不同植物根際AM真菌物種豐富度差異。然而，優(yōu)勢種AM真菌既有高的分離頻率又有高的相對多度，其孢能力和傳播能力均較強(qiáng)，不易引起差異；同時本研究中優(yōu)勢種AM真菌的物種豐富度與其他優(yōu)勢度AM真菌的物種豐富度之間不存在顯著相關(guān)，即優(yōu)勢種AM真菌對其他優(yōu)勢種AM真菌的影響程度較低。因此，優(yōu)勢種AM真菌不是通過自身特性和影響其他優(yōu)勢度AM真菌群落來影響宿主植物根際AM真菌總物種豐富度，那么優(yōu)勢種AM真菌是如何引起宿主植物根際AM真菌物種豐富度的差異，值得深思。

本研究中，土壤養(yǎng)分、pH和水分對不同優(yōu)勢度AM真菌分布的影響程度不同，影響從大到小依次為稀有種、常見種、廣布種和優(yōu)勢種。這個結(jié)果證實(shí)了上述關(guān)于常見種AM真菌的第二個猜想。PORRASALFARO和DIEPENET研究發(fā)現(xiàn)氮可以影響AM真菌的營養(yǎng)過程，還可以改變AM真菌的群落結(jié)構(gòu)[35-36]。在本研究中，土壤氮對AM真菌群落的影響相對較高，高于其他土壤養(yǎng)分、水分，這與XU的研究結(jié)果相似[37]。