王永宏，田黎明，艾鷖，陳仕勇，澤讓東科*

（1.西南民族大學(xué)青藏高原研究院，四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀察研究站，四川成都 610041；2.四川大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院，四川成都 610065；3.西南民族大學(xué)畜牧獸醫(yī)學(xué)院，四川 成都 610041）

青藏高原是全球海拔最高、面積最大的高原，具有極其重要的生態(tài)價值［1］。高寒草地約占青藏高原總面積的60%［2］，是全球最獨特的草地生態(tài)系統(tǒng)之一，在保護青藏高原生物多樣性方面發(fā)揮著重要的生態(tài)作用，同時維持著區(qū)域的經(jīng)濟發(fā)展［3］。青藏高原是我國主要牧區(qū)之一［4］，放牧作為主要的草地利用方式，對青藏高原的經(jīng)濟發(fā)展與生態(tài)環(huán)境具有重要影響［5］。然而，隨著放牧強度嚴(yán)重超載，加之氣候變暖，最終導(dǎo)致青藏高原高寒草甸發(fā)生了不同程度的退化［6-7］。持續(xù)高強度放牧?xí)Σ莸卦斐刹豢苫謴?fù)的損害，但單一限制牧民放牧?xí)璧K青藏高原的經(jīng)濟發(fā)展［8］。因此，探究青藏高原地區(qū)牦牛放牧、經(jīng)濟發(fā)展與草地生態(tài)健康的平衡具有重要社會意義。

微生物是生態(tài)系統(tǒng)中主要的分解者之一，微生物多樣性與生態(tài)系統(tǒng)功能直接相關(guān)，微生物豐富度越高，群落功能越穩(wěn)定［9］。放牧通過采食、踐踏與排泄行為影響土壤性質(zhì)和微生物群落，家畜會通過排泄方式返還給土壤部分碳［10］，家畜的消化與分解過程，會使排泄物結(jié)構(gòu)變簡單，從而利于微生物的利用與生長。放牧行為會影響土壤真菌群落的結(jié)構(gòu)，放牧強度也會對微生物群落產(chǎn)生極大的影響。放牧強度過高會改變土壤的容重，降低植被覆蓋度，增加土壤表面的紫外線強度，改變土壤溫度，從而使微生物的生長條件惡化［11］，導(dǎo)致微生物生物量下降。土壤真菌的底物為難分解的有機質(zhì)，在放牧地的土壤微生物群落競爭中處于劣勢，土壤微生物群落向以細菌為主的結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)變［12］。但Wang等［13］通過添加不同形式的碳發(fā)現(xiàn)真菌主要同化不穩(wěn)定碳，雖然對葡萄糖利用能力不及細菌，但當(dāng)葡萄糖碳可用性增加時，真菌是固定葡萄糖碳的關(guān)鍵競爭類群。放牧通過多種方式影響土壤真菌群落，但牦牛放牧強度對于真菌群落的影響仍不清楚。

全球范圍的研究表明，土壤真菌的豐富度和植物多樣性僅存在微弱的關(guān)系，并提出氣候因素、土壤和空間變量是真菌豐富度與群落結(jié)構(gòu)的最佳預(yù)測因子［14］。針對青藏高原的研究表明在考慮環(huán)境因子時真菌豐富度與植物豐富度呈正相關(guān)，但氣候、空間和土壤仍是真菌群落組成的主要預(yù)測因子［15］。放牧作為草地利用的主要形式之一，許多研究揭示了其對真菌群落的影響［16-19］。例如，青藏高原圍封試驗發(fā)現(xiàn)放牧活動會降低土壤有機碳，間接增加真核生物的豐富度與多樣性［16］；究其原因主要是放牧通過減少土壤碳輸入使土壤pH升高，從而為真菌生長提供更適合的條件，使土壤真菌的α多樣性與土壤pH呈正相關(guān)［17］。將真菌根據(jù)功能群進一步劃分后發(fā)現(xiàn)，不同的真菌功能群對放牧的響應(yīng)并不相同：放牧?xí)黾诱婢S腐菌、降低植物病原菌，兔子放牧降低了外生菌根和叢枝菌根真菌［18-19］；通過全球范圍草地的整合分析發(fā)現(xiàn)重度和中度放牧?xí)档蛥仓婢S度，而輕度放牧的影響卻不顯著［20］。前期研究表明土壤因子是放牧影響土壤真菌的重要媒介之一，但放牧對土壤的影響具有一定的滯后性，因此短期放牧對土壤化學(xué)計量的影響并不顯著［21］，然而短期放牧對土壤真菌是否有影響及其影響方式報道較少。

真菌群落的生態(tài)功能，是通過物種之間的相互作用實現(xiàn)的，物種間的競爭、協(xié)作等過程直接或間接相互聯(lián)系，形成一個復(fù)雜的互作網(wǎng)絡(luò)［22］。網(wǎng)絡(luò)分析能夠通過模塊化量化共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)的相互作用程度，進一步細分了真菌類群的生態(tài)功能［23］。以往的研究中將真菌群落作為一個整體，探究其多樣性及豐度對放牧活動的響應(yīng)；或者僅研究特定的功能群對于放牧的響應(yīng)，忽略了不同真菌間的競爭與合作關(guān)系。真菌群落擁有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，不同真菌類群間具有怎樣的相互作用及其相互作用是否會削弱特定真菌類群對外界干擾的響應(yīng)仍需進一步探究。

本研究在川西北高寒草甸進行短期（2年）不同強度牦牛放牧處理，利用二代測序技術(shù)對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)進行探究，通過不同真菌物種的共現(xiàn)特征進行真菌類群劃分，研究牦牛短期放牧對土壤真菌群落構(gòu)成是否有影響，若有影響是通過何種方式實現(xiàn)的，從而為高寒草甸放牧管理提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)與依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 試驗地概況

本試驗在“四川若爾蓋高寒濕地生態(tài)系統(tǒng)國家野外科學(xué)觀察研究站”進行，位于青藏高原東緣四川省阿壩藏族羌族自治州（32°48'N，102°33'E），試驗區(qū)年均氣溫1.5℃、年均降水750 mm，海拔為3504 m。試驗地優(yōu)勢植物種為垂穗披堿草（Elymus nutans）、高山嵩草（Kobresia pygmaea）、矮嵩草（Kobresia humilis），植被類型為典型高寒草甸。

1.2 試驗設(shè)計與樣品采集

于2014年選取一處典型高寒草甸夏季牧場進行圍封，圍封一年確保草地初始狀況較為均一，2015年5月進行放牧試驗，牦牛的放牧?xí)r間為每年的5月下旬到9月下旬。試驗設(shè)計為3個放牧處理和一個對照處理，每個處理設(shè)置3個重復(fù)；放牧處理為輕度放牧（1頭牦?！m-2）、中度放牧（2頭牦?！m-2）與重度放牧（3頭牦牛·hm-2），對照處理為圍封禁牧。試驗地總面積為10 hm2，其中每個放牧處理樣地面積為1 hm2，每個對照處理樣地面積均為0.33 hm2，樣地的詳細情況見Mipam等［21，24］的報道。試驗期間每個月對每塊樣地隨機選取4個點，進行植物群落調(diào)查與生物量樣品收集。于放牧處理第2年8月底采集土壤樣品，對每塊樣地隨機選取4個點，每個點用土鉆采集5個0～10 cm的土柱混合為一個土壤樣品；土壤樣品分為兩部分，一部分陰干用于土壤理化性質(zhì)檢測，另一部分低溫保存用于土壤真菌群落測定。

1.3 環(huán)境因子測定

植物群落豐富度通過計算每個調(diào)查的樣方的植物物種數(shù)來確定，Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)根據(jù)以下公式計算：

式中：H為Shannon-Wiener多樣性指數(shù)，J為Pielou均勻度指數(shù)，S為物種豐富度，Pi為每個樣方中的物種i的相對重要性，其計算方法為物種i的個體數(shù)與樣方總個體數(shù)的比值。植物凈生產(chǎn)力使用可移動扣籠法估計，其方法為在每個放牧區(qū)放置4個可移動扣籠，在試驗期每月收獲可移動扣籠內(nèi)與外的生物量，并在收獲完當(dāng)月生物量后隨機移動扣籠，通過籠內(nèi)與籠外收獲生物量的差值獲得當(dāng)月的家畜消耗量，估算各試驗地凈初級生產(chǎn)力。

采用烘干法測定土壤含水率，環(huán)刀法測定土壤容重；將陰干土壤揀除草根、石塊等雜物后用研砵碾碎，過2 mm篩后用于土壤全效養(yǎng)分檢測，采用電位法測定土壤pH，重鉻酸鉀氧化外加熱法測定土壤有機質(zhì)，凱氏定氮法測定土壤全氮，NaOH熔融-鉬銻抗比色法測定土壤全磷，火焰分光光度計法測定土壤全鉀；用過0.15 mm篩的陰干土壤測速效養(yǎng)分，采用堿解擴散法測定土壤堿解氮含量，NaHCO3浸提-鉬銻抗比色法測定土壤速效磷，乙酸銨浸提-火焰光度計法測定土壤速效鉀，以上所有測定方法均參照鮑士旦［25］。

1.4 土壤真菌群落測定

土壤總DNA用QIAamp? DNA Stool Mini Kit（QIAGEN，德國）試劑盒進行提取，用引物ITS5-1737F（5'-GGAAGTAAAAGTCGTAACAAGG-3'）和ITS2-2043R（5'-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3'）對真菌ITS1區(qū)域進行PCR擴增，PCR過程為：通過98℃保持30 s進行預(yù)變性，然后進入循環(huán)；循環(huán)過程為98℃變性15 s、降到50℃退火30 s、72℃延伸30 s完成循環(huán)，循環(huán)次數(shù)為25～27次；最后72℃保持5 min，于4℃保存?；厥誔CR產(chǎn)物后在Microplate reader（BioTek，F(xiàn)Lx800）上進行定量，用Illumina公司的TruSeq Nano DNALT Library Prep Kit制備測序文庫，采用Illumina MiSeq測序平臺進行雙端測序。

1.5 生信分析

將原始雙端測序數(shù)據(jù)利用滑動窗口法進行質(zhì)控，窗口設(shè)置為10 bp，步長設(shè)置為1 bp，從5'端進行窗口滑動，窗口的堿基平均測序準(zhǔn)確率≥99%（Q20），從第一個平均質(zhì)量低于該標(biāo)準(zhǔn)的窗口進行截斷，去除截斷后小于150 bp和含有模糊堿基N的序列。使用軟件FLASH（v1.2.7）將Read1與Read2進行堿基配對，重疊堿基長度≥10 bp，最后根據(jù)Barcode序列對樣本進行拆分。使用QIIME（quantitative insights into microbial ecology，v1.8.0）的USEARCH（v5.2.236）去除嵌合體序列，調(diào)用UCLUST工具，進行序列比對，將序列按照97%的相似度進行可操作分類單元（operational taxonomic unit，OTU）的劃分，選取豐度高的序列作為代表序列，將代表序列與UNITE數(shù)據(jù)庫比對進行分類學(xué)注釋。

1.6 統(tǒng)計分析

利用SPSS對土壤理化性質(zhì)進行單因素方差分析（P＜0.05）。使用QIIME計算真菌的α多樣性指數(shù)，用R的aov函數(shù)對α多樣性指數(shù)進行單因素方差分析；用R的mixOmics包進行有監(jiān)督判別分析，對不同放牧強度處理的組間差異進行分析，并進行可視化；使用R的Hmisc包進行所有處理OTU的相關(guān)分析，保留大于0.6的相關(guān)關(guān)系，用Gephi可視化真菌共生網(wǎng)絡(luò)并計算模塊性，并將真菌模塊的相對豐度與環(huán)境因子進行相關(guān)性分析；用R的pacman包進行環(huán)境因子的篩選，將真菌門分類水平下的相對豐度用篩選出的環(huán)境因子進行冗余分析（redundancy analysis，RDA），并將預(yù)測因子進行分類，對真菌群落結(jié)構(gòu)變化進行方差分解（variance partitioning analysis，VPA）。用R的ggplot 2包可視化真菌的群落組成與真菌模塊結(jié)構(gòu)；用R的aov函數(shù)對各模塊的相對豐度進行單因素方差分析，用TukeyHSD函數(shù)進行多重比較，并可視化。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同放牧強度對環(huán)境因子的影響

由表1可知，短期放牧處理下放牧強度間植物群落特征差異比土壤性質(zhì)更大，植物多樣性隨放牧強度的增加而增加，中度與重度放牧顯著增加了植物群落多樣性（P＜0.05）；均勻度呈現(xiàn)相似的變化規(guī)律，但僅有重度放牧相比于對照顯著增加了植物均勻度；放牧?xí)黾又参锶郝涞牡厣蟽舫跫壣a(chǎn)力，并且輕度與中度放牧強度顯著增加了植物群落的生產(chǎn)力，中度放牧的草地生產(chǎn)力最高。不同放牧強度的土壤容重存在顯著差異，輕度放牧與重度放牧顯著降低了土壤容重；土壤化學(xué)性質(zhì)方面，放牧強度增加使土壤速效磷含量升高，并且重度放牧與對照相比顯著增加；土壤pH在不同放牧強度間具有顯著差異，放牧活動使土壤酸性增強，中度放牧的土壤pH值最小，顯著小于對照組和輕度放牧。

表1 不同放牧強度對環(huán)境因子的影響Table 1 Effect of different grazing intensities on environmental factors

2.2 不同放牧強度對土壤真菌群落的影響

2.2.1土壤真菌群落的組成 結(jié)果表明，土壤真菌群落主要由子囊菌門（Ascomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）和 接 合 菌 門（Zygomycota）組 成，還 包 括 少 量 的 球 囊 菌 門（Glomeromycota）、隱 真 菌 門（Rozellomycota）和壺菌門（Chytridiomycota）；其中土壤中子囊菌門數(shù)量最多，輕度、中度、重度的相對豐度比對照分別增加了31.05%、7.69%、40.53%；而作為土壤真菌群落另一主要組成成分，擔(dān)子菌門在輕度、中度、重度的相對豐度比對照組分別降低了37.34%、17.10%、47.42%。測序結(jié)果還包含了原生生物纖毛蟲門（Ciliophora）和絲足蟲門（Cercozoa）與植物界的被子門（Anthophyta），但其相對豐度值較低，不影響土壤真菌的整體群落結(jié)構(gòu)（圖1）。

2.2.2土壤真菌群落的α多樣性 土壤真菌群落的α多樣性指數(shù)在不同放牧強度中均無顯著差異（表2）。Chao1豐富度指數(shù)利用群落中檢測到1和2次的OTU數(shù)估算群落的物種數(shù)。Chao1豐富度指數(shù)隨放牧強度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，輕度放牧的豐富度最高，中度放牧與重度放牧的土壤真菌Chao1豐富度指數(shù)值大致相同。放牧處理同樣具有土壤真菌多樣性增加的趨勢，但重度放牧的Shannon多樣性指數(shù)最大，其多樣性最高。

表2 不同放牧強度土壤真菌群落α多樣性的單因素方差分析結(jié)果Table 2 Results of One-way ANOVA analysis of soil fungal community α diversity at different grazing intensities

2.2.3土壤真菌群落的組間差異分析 結(jié)果表明，偏最小二乘法判別分析（partial least squares discrimination analysis，PLS-DA）的兩個坐標(biāo)軸的解釋度分別為11.5%和11.6%；其中對照組和重度放牧兩個處理的組內(nèi)各樣本距離近，組內(nèi)重復(fù)效果好；中度放牧與對照組距離最近，其對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響最小，重度放牧對土壤真菌群落的影響最為明顯。對照組處于排序的中間位置，可見不同的放牧強度對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響是不同的（圖2）。

2.3 土壤真菌群落共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)

基于真菌群落OTU數(shù)據(jù)相關(guān)性構(gòu)建了共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)圖，共得到了308個節(jié)點、3078條邊的真菌網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。對真菌網(wǎng)絡(luò)進行模塊劃分后，得到模塊化值為0.936的模塊網(wǎng)絡(luò)，并劃分為4個主要的模塊。模塊1包含OTUs種類最多，共有94個節(jié)點，占網(wǎng)絡(luò)總數(shù)的30.52%；其次為模塊2，共有84個節(jié)點，占網(wǎng)絡(luò)總節(jié)點數(shù)的27.27%；模塊3由57個節(jié)點組成，占網(wǎng)絡(luò)總節(jié)點數(shù)的18.51%；模塊4包含了27個節(jié)點，占網(wǎng)絡(luò)總數(shù)的8.77%。其中模塊2節(jié)點連通度高，和其他節(jié)點的相互作用更強，對真菌群落的影響更加強烈（圖3A）。

子囊菌門作為土壤中主要的真菌類群，也是4個模塊的主要組成部分。作為組成種類最豐富的模塊，模塊1的子囊菌門真菌由52種OTUs組成，其在模塊1的相對豐度為56.09%；而擔(dān)子菌門的相對豐度為41.37%，包括31個OTUs種類，是各個模塊中擔(dān)子菌門相對豐度最高的模塊。模塊2未能識別的真菌豐度增加；但其主要組成類群子囊菌門的相對豐度為59.51%，由46種真菌組成；擔(dān)子菌門包含了16種真菌，在模塊2的相對豐度為12.56%。模塊3則基本由子囊菌門組成，其子囊菌門包括了25種OTUs，相對豐度則為82.51%。模塊4是4個主要模塊結(jié)構(gòu)最簡單的，其子囊菌門的相對豐度也是4個模塊中最少的（33.13%），僅包含11種OTUs；擔(dān)子菌門的相對豐度為17.45%，由9個真菌種組成；模塊4的接合菌門相對豐度相對于其他模塊明顯增加，雖然只包含2種OTUs，但其相對豐度為18.54%（圖3B）。

2.4 不同放牧強度對土壤真菌模塊的影響

模塊1、模塊2與模塊3在不同放牧強度的相對豐度差異不顯著。模塊1的相對豐度隨放牧強度呈現(xiàn)先增加后減少的趨勢，模塊1的輕度放牧相對豐度最高；模塊3的放牧處理相對豐度均高于對照處理，并隨著放牧強度的增加呈現(xiàn)逐漸增大的趨勢；雖然模塊4的相對豐度最少，但其對于放牧強度的響應(yīng)最強烈，模塊4的重度放牧相對豐度顯著高于（P＜0.1）對照組，而輕度放牧和中度放牧與對照差異不顯著，與重度放牧差異也不顯著（圖4）。

2.5 土壤真菌與環(huán)境因子的關(guān)系

2.5.1環(huán)境因子對真菌群落的影響 通過對環(huán)境因子進行共線性排除與模型篩選，選擇植物群落Shannon-Wiener多樣性指數(shù)和土壤化學(xué)性質(zhì)全磷、全鉀、速效磷以及速效鉀作為真菌門分類水平的預(yù)測因子進行冗余分析，第一、二解釋軸的解釋度分別為43.67%和25.02%，組成真菌群落的主要類群子囊菌門受土壤速效磷與植物群落多樣性的影響，擔(dān)子菌門則與土壤全鉀和速效鉀呈正相關(guān)關(guān)系（圖5A）。進一步對真菌群落結(jié)構(gòu)進行方差分解后發(fā)現(xiàn)，土壤因子對真菌類群變化的解釋度更高，其排除植物因子的解釋度為39.1%，而植物因子排除土壤的解釋度為4.9%（圖5B）。

2.5.2環(huán)境因子與真菌模塊間的關(guān)系 由圖6可知，植物群落特征與各真菌模塊相關(guān)性較弱，作為真菌群落的主要組成類群，模塊1與模塊2對環(huán)境因子的響應(yīng)是相反的，均受到土壤全磷與全鉀的顯著影響，土壤的全磷與全鉀含量與模塊1的相對豐度呈顯著正相關(guān)，與模塊2顯著負相關(guān)。模塊3是受土壤性質(zhì)影響最多的真菌類群，與堿解氮、速效磷等土壤速效養(yǎng)分呈顯著正相關(guān)，也受到土壤物理性質(zhì)的影響，與土壤含水率極顯著正相關(guān)，與土壤容重極顯著負相關(guān)。模塊4受環(huán)境影響相對較小，僅與土壤全鉀呈顯著負相關(guān)。

3 討論

3.1 短期處理下放牧強度對土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響

多年禁牧試驗表明放牧通過提高堿性土壤pH和土壤溫度增加青藏高原土壤真核生物的多樣性與豐富度［16］；但也有研究表明放牧強度對真菌群落的影響是通過提高子囊菌門的相對豐度，進而通過競爭排斥的過程間接降低真菌豐富度與多樣性［26］。通過對短期放牧不同強度真菌群落的組成和結(jié)構(gòu)進行比較發(fā)現(xiàn)，放牧處理均增加了土壤中子囊菌門的相對豐度，但真菌豐富度和多樣性均呈現(xiàn)大于對照組的趨勢，與之前的研究結(jié)果并不完全相同。本研究各處理間的α多樣性指數(shù)統(tǒng)計學(xué)差異不顯著，其可能的原因是高寒牧場的土壤性質(zhì)與微生物群落對短期放牧強度梯度處理具有較強的抵抗力［27］；另一方面，由于試驗區(qū)域較大從而導(dǎo)致土壤微生物空間異質(zhì)性較高。

本研究結(jié)果表明，土壤因子解釋了真菌群落變異的39.1%，是真菌群落變化的主要驅(qū)動因子，與之前的研究結(jié)果相似［14-15］。作為研究區(qū)土壤真菌的主要組成部分，放牧處理的子囊菌門相比于對照組均有不同程度的增加，輕度放牧與重度放牧的子囊菌門相對豐度明顯增加，與楊文高［28］在牦牛糞便分解試驗中牛糞分解增加子囊菌門豐度的結(jié)果一致。子囊菌門是牛糞分解過程中的主導(dǎo)類群，其在牛糞分解過程中分泌大量的纖維素與半纖維素分解酶，并利用牛糞中的有機質(zhì)與營養(yǎng)成分［29］，同時放牧使植物與牛糞碎屑等混入土壤中，使土壤中的纖維素含量增加。此外，子囊菌門的底物具有廣譜性，通過不穩(wěn)定碳激活后，可以利用有機碳等天然穩(wěn)定結(jié)構(gòu)作為底物［30］，因而放牧活動過程中家畜排泄的不穩(wěn)定碳可能進一步促進子囊菌門對有機質(zhì)的利用。并且子囊菌門與植物多樣性呈正相關(guān)，放牧強度增加引起的植物多樣性增加，從而增加根系分泌物的種類［31］，進一步促進子囊菌門對有機質(zhì)的利用。土壤氮磷循環(huán)具有強烈的相互作用，土壤磷可以促進氮的礦化［32］，提高土壤的有效氮進而改變微生物群落。土壤微生物相比于植物來說生長速度更快，其遺傳結(jié)構(gòu)對磷有更高的需求，因此土壤微生物比植物更容易受到磷的限制［33］。子囊菌門相比于擔(dān)子菌門的生長速度更快［34］，放牧處理土壤中較高的磷含量為其快速繁殖提供了條件。相反，擔(dān)子菌門的相對豐度在各放牧處理均降低，對環(huán)境擾動的抵御能力低于子囊菌門，其可能原因是擔(dān)子菌門是主要以木質(zhì)素為底物的寡養(yǎng)性真菌［35］，放牧活動使其底物濃度降低。此外，土壤的物理結(jié)構(gòu)決定了真菌的群落結(jié)構(gòu)，擔(dān)子菌門真菌的菌絲體結(jié)構(gòu)簡單，菌絲分枝角較小，菌絲節(jié)間長，菌絲體內(nèi)部孔隙較少；而作為土壤中另一類主要的真菌類群，子囊菌門菌絲體的孔隙率高，對空間的侵占能力更強［36］。本研究中，輕度放牧和重度放牧的土壤表層容重顯著低于對照組，土壤孔隙度的增加為子囊菌門提供了更有利的繁殖條件。

3.2 土壤真菌的共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)及其模塊

微生物網(wǎng)絡(luò)模塊的形成主要有兩個原因，一是環(huán)境因子對微生物的選擇使模塊類群具有不同于其他模塊的生態(tài)位，二是模塊類群中的微生物具有較強的相互作用［37］。微生物群落實現(xiàn)其功能有兩種不同的形式，較高的微生物豐富度造成較大的功能冗余以確保單個功能；或較高的微生物豐富度形成較大的功能多樣性，從而同時支持多個功能［38-39］。本研究的真菌共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)根據(jù)真菌類群的相互作用劃分為4個主要的模塊，由于其組成結(jié)構(gòu)復(fù)雜，加上短期放牧對土壤性質(zhì)影響較小，放牧強度對模塊1、2、3的影響不顯著；模塊4的相對豐度最小且組成分類更豐富，對土壤條件變化敏感，重度放牧的相對豐度顯著高于對照組，表明模塊豐度越高（模塊結(jié)構(gòu)越復(fù)雜），抵抗外界干擾的能力越強。Hernandez等［37］得到的微生物群落網(wǎng)絡(luò)沿脅迫梯度模塊化程度降低的結(jié)果，表明高脅迫環(huán)境的模塊結(jié)構(gòu)更少，即模塊結(jié)構(gòu)越大對外界脅迫的抵抗能力越強。這是由于網(wǎng)絡(luò)中各類群間的聯(lián)系是有限的，模塊結(jié)構(gòu)能夠維持其內(nèi)部微生物類群豐度波動的影響不擴散到其他模塊［40］。

通過探究各模塊的相對豐度與環(huán)境因子間的相關(guān)關(guān)系發(fā)現(xiàn)，植物群落特性對真菌模塊的相對豐度的影響較小，影響各模塊豐度的主要因素仍為土壤性質(zhì)。與環(huán)境因子對真菌群落結(jié)構(gòu)的影響結(jié)果相同，土壤全磷和全鉀對模塊的相對豐度影響更強。尹亞麗等［41］研究表明土壤全鉀對真菌群落的影響并不顯著；與之不同的是本研究將真菌群落進行類群劃分發(fā)現(xiàn)，模塊1與土壤全鉀呈極顯著正相關(guān)，而其他3個模塊與土壤全鉀呈負相關(guān)。其可能的原因是模塊1真菌的主要營養(yǎng)方式為營腐生，其他類群的腐生菌類群豐度降低，Peng等［42］研究幾種腐生菌發(fā)現(xiàn)，鉀離子通過定殖在植物上的真菌促進植物生長。不同于Xu等［43］得到的土壤速效磷與微生物量磷呈負相關(guān)的結(jié)果，本試驗真菌模塊對土壤磷的響應(yīng)大不相同，模塊1與土壤全磷顯著正相關(guān)，模塊2與全磷顯著負相關(guān)，這是因為土壤全磷對真菌的影響是通過與其共生的植物實現(xiàn)的［19］。但由于不同放牧強度間土壤全磷差異不顯著，土壤真菌模塊1與模塊2對不同放牧強度的響應(yīng)也不顯著。本研究的模塊1與模塊2是構(gòu)成真菌群落的主要類群，二者相對豐度對環(huán)境因子的響應(yīng)是相反的，造成這一結(jié)果的可能原因是同一模塊占據(jù)相同的生態(tài)位，親緣關(guān)系相近的真菌利用相同的底物，功能也趨于一致。放牧活動對土壤容重有直接的影響，以往的研究表明土壤容重可以通過影響土壤孔隙度和土壤溫濕度進而改變微生物的群落，使微生物群落與土壤容重呈負相關(guān)［44］。土壤容重變小使其孔隙度增大［45］，真菌擁有活躍的菌絲，能夠隨環(huán)境的變化與刺激改變其形態(tài)［46］，土壤容重變小為真菌菌絲的生長提供了空間。本研究僅有模塊3的相對豐度與土壤物理性質(zhì)存在顯著相關(guān)關(guān)系，并且模塊3與堿解氮、速效磷等速效養(yǎng)分呈正相關(guān)，其可能的原因是該類群的組成單一，對環(huán)境因子敏感［47］；模塊4的真菌相對豐度最小，但其組成分類更豐富，模塊3與模塊4的組成與結(jié)構(gòu)差異及其對不同放牧強度的響應(yīng)表明，親緣關(guān)系較遠的真菌模塊具有更高的模塊內(nèi)關(guān)聯(lián)復(fù)雜性，因而對環(huán)境變化具有更強的抵抗力，但這與Wagg等［38］得到的結(jié)果相反。

4 結(jié)論

短期放牧處理可增加土壤真菌群落的多樣性與豐富度，但空間異質(zhì)性與放牧歷時較短使得不同放牧強度的真菌群落結(jié)構(gòu)差異不顯著。土壤因子是不同放牧強度土壤真菌群落變化的主要驅(qū)動因子，放牧處理通過牛糞返還增加土壤中的不穩(wěn)定碳和改變土壤孔隙兩個方面提高子囊菌門的相對豐度，競爭排斥作用使放牧處理的擔(dān)子菌門相對豐度減少。通過共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)模塊化分析將土壤真菌分為不同的模塊類群發(fā)現(xiàn)，真菌各物種間的相互作用使真菌群落構(gòu)成不同的模塊類群，但土壤因子仍是真菌相互作用類群變化的主要預(yù)測因子。