李 楊，劉 梅，孫慶業(yè)

安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230601

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不同植物群落下銅尾礦廢棄地生物結(jié)皮中真菌群落結(jié)構(gòu)的比較

李 楊，劉 梅，孫慶業(yè)*

安徽大學(xué)資源與環(huán)境工程學(xué)院，合肥 230601

分布于銅尾礦廢棄地的裸地表面及維管植物群落中的生物土壤結(jié)皮在尾礦廢棄地生態(tài)恢復(fù)過程中扮演重要角色。利用分子生物學(xué)技術(shù)探討了不同維管植物下以及不同演替階段的生物土壤結(jié)皮中真菌的多樣性及其群落結(jié)構(gòu)的變化。結(jié)果表明：生物土壤結(jié)皮中的真菌主要包括子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)和壺菌門(Chytridiomycota)，其中子囊菌門占絕對優(yōu)勢，其相對豐度為55.12%—87.73%，其次為擔(dān)子菌門相對豐度為12.27%—43.86%；不同樣本真菌群落結(jié)構(gòu)在門、綱、目以及屬的水平存在顯著差異；生物土壤結(jié)皮中真菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的差異與維管植物群落類型以及演替階段不同的生物土壤結(jié)皮的類型有關(guān)，與基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)之間無顯著的相關(guān)性。

生物土壤結(jié)皮; 真菌群落結(jié)構(gòu); 真菌群落多樣性; 銅尾礦

生物土壤結(jié)皮(BSCs)是由微細(xì)菌、真菌、藻類、地衣、苔蘚等隱花植物及其菌絲、分泌物等與土壤砂礫粘結(jié)形成的復(fù)合物，在干旱、半干旱以及極地、亞極地區(qū)等脆弱生態(tài)區(qū)域廣泛分布[1]。生物土壤結(jié)皮細(xì)菌、真菌、地衣和苔蘚植物的地下菌絲和假根能夠黏結(jié)沙粒[2]，能有效地減小風(fēng)和水對土壤地表的侵蝕，更重要的是生物土壤結(jié)皮積極參與C、N的生物地球化學(xué)循環(huán)[1-4]、水分循環(huán)[2]、保持表層土壤的穩(wěn)定性[5]以及影響種子庫[6]等，在維持干旱、半干旱區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定中扮演重要角色[2,7]。生物土壤結(jié)皮中還生存著大量的土壤微生物，如真菌、細(xì)菌、原生動(dòng)物和線蟲等[7-9]。

銅尾礦是銅礦選礦過程中產(chǎn)生的粉末狀礦業(yè)廢棄物，表層尾礦在風(fēng)和水的作用下移動(dòng)性較強(qiáng)，表面穩(wěn)定性差，且表面易于發(fā)生干旱。生物土壤結(jié)皮中的苔蘚等是自然演替過程中常見的先鋒植物，能改善環(huán)境條件有利于維管植物的發(fā)育[2]，從而有利于尾礦的穩(wěn)定。野外調(diào)查發(fā)現(xiàn)，在棄置的銅尾礦廢棄地自然生態(tài)恢復(fù)過程中，尾礦廢棄地的表面也形成大量的生物結(jié)皮，且可以劃分為3種類型，即藻類結(jié)皮、蘚類-藻類混合結(jié)皮和蘚類結(jié)皮，其中的蘚類主要是黃色真蘚(Bryumpallenscens)。這是由于銅尾礦廢棄地中的生物土壤結(jié)皮發(fā)育和分布特征不同于干旱和半干旱土壤的生物土壤結(jié)皮，在穩(wěn)定的銅尾礦裸地中先有藻類生長，然后苔蘚植物侵入形成蘚-藻結(jié)合結(jié)皮，隨著演替的進(jìn)行蘚類結(jié)皮成為生物土壤結(jié)皮主要成分。這些生物土壤結(jié)皮為維管植物群落的形成發(fā)展提供了良好的場所，即使維管植物群落形成之后，在植物群落的斑塊狀空隙處及維管植物之下仍存在大量的生物土壤結(jié)皮。在尾礦中，生物土壤結(jié)皮不僅能改善尾礦表層的風(fēng)力侵蝕[2,5]，也可以有效地改善尾礦中的養(yǎng)分含量[2-4]，是尾礦中重要的碳氮來源為微生物提供營養(yǎng)和能量來源[3-4,10-11]。研究表明這些生物土壤結(jié)皮中生活著大量的藍(lán)細(xì)菌及固氮微生物[10-11]，能夠有效改善表層尾礦的養(yǎng)分狀況[12]。

作為生物土壤結(jié)皮的重要組成部分，真菌的菌絲把表層土壤和其它成分粘連成一個(gè)穩(wěn)定整體，使土壤表現(xiàn)出一定的抗風(fēng)蝕能力和持水能力[8]。對于表層疏松的尾礦廢棄地而言，穩(wěn)定的表層有利于植物的定居和植被的自然恢復(fù)。迄今為止，關(guān)于尾礦廢棄地表面自然生長的生物土壤結(jié)皮中微生物群落結(jié)構(gòu)及其多樣性鮮有報(bào)道[10]，本研究以生長在銅尾礦廢棄地表面的生物土壤結(jié)皮為對象，通過分子生物學(xué)方法研究來自不同維管植物群落以及不同演替階段的生物土壤結(jié)皮中的真菌多樣性及其群落結(jié)構(gòu)的變化，進(jìn)一步探討不同植物群落以及演替過程對生物土壤結(jié)皮真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

銅陵地處長江中下游南岸,屬亞熱帶季風(fēng)氣候，年平均氣溫16.2℃，夏季平均氣溫27.4 ℃，無霜期平均為230 d，年平均降水量1390 mm，年平均濕度為75%—81%。本研究選取生長在銅陵楊山?jīng)_(30°54′N, 1I7°53′E)銅尾礦廢棄地上的生物土壤結(jié)皮。楊山?jīng)_尾礦礦廢棄地堆存尾礦1308萬t，庫區(qū)面積22 hm2，庫區(qū)匯水面積0.54 km2，該尾礦廢棄地1991年棄置停用后開始自然生態(tài)恢復(fù)過程，目前自然生長的主要維管植物群落包括白茅 (Imperatacylindrica)、中華結(jié)縷草(Zoysiasinica)、木賊 (Hppochaeteramosissimum),蘚-藻結(jié)合結(jié)皮零星地分布在這些植物群落下及植物群落間的空地上，蘚類結(jié)皮主要分布在尾礦裸地上。

1.2 樣品采集與預(yù)處理

本研究于2010年4月從楊山?jīng)_尾礦庫采集5種類型的生物土壤結(jié)皮，分別是白茅群落(YB)、中華結(jié)縷草群落(YJ)和木賊群落下(YM)的蘚-藻混合結(jié)皮，藻類結(jié)皮(YX)和作為對照的無植物生長的裸地尾礦(YL)。每種樣品采集4個(gè)平行樣，將4個(gè)采樣點(diǎn)所采集樣本分別裝入密封袋，做好標(biāo)記，將其放入冰盒內(nèi)，用于真菌多樣性研究。在各生物土壤結(jié)皮采樣處，同時(shí)采集緊貼生物土壤結(jié)皮下層的尾礦，每處采集的尾礦樣本分別裝入密封袋，放入冰盒內(nèi)，帶回實(shí)驗(yàn)室后用于尾礦理化性質(zhì)的測定。

1.3 化學(xué)性質(zhì)分析

有機(jī)質(zhì)含量采用燒失量法((550±5) ℃，6 h) 測定，pH 值用酸度計(jì)(pHS-3C 型精密pH 計(jì)，上海雷磁儀器廠)測定(W尾礦∶V水=1 g∶5 mL),總氮采用開氏定氮法測定，有效態(tài)磷采用鉬藍(lán)比色法測定[13]。

1.4 DNA提取

稱取0.5g生物土壤結(jié)皮樣本用1×TE 洗滌樣本2 遍去除腐殖質(zhì)、色素、鹽離子等并參照Zhou[14]的提取方法提取基因組總DNA。

1.5 PCR擴(kuò)增與酶切

真菌PCR擴(kuò)增使用18S rRNA通用引物， F:5′-GGA GGA TTA GGG TCC GAT TCC-3′；R:5′-CTT CCG TCA ATT CCT TTA AG-3′。用DNA純化試劑盒對擴(kuò)增的PCR產(chǎn)物進(jìn)行膠回收純化(等量混合同一植物群落的4個(gè)平行樣品的PCR產(chǎn)物)，將已純化的PCR產(chǎn)物與pEASY-T3-Vector連接并轉(zhuǎn)入E.coli DH5a感受態(tài)細(xì)胞。細(xì)胞在含有X-Gal和IPTG并混有100μg/mL氨芐青霉素的LB固體平板上37℃培養(yǎng)12h。利用藍(lán)白篩選和Amp抗性篩選陽性克隆，挑取陽性單菌落于LB液體培養(yǎng)基中37℃水浴振蕩培養(yǎng)4—6 h，以菌液作為模板以M13-F、M13-R為引物做PCR擴(kuò)增。M13-F：5′-GTA AAA CGA CGG CCA GT-3′；M13-R:5′-CAG GAA ACA GCT ATG AC-3′。分別選用限制性內(nèi)切酶Hha I和Msp I對M13擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行酶切消化，用2.0%的瓊脂糖凝膠電泳對酶切片段進(jìn)行分離檢測,根據(jù)酶切圖譜對克隆子進(jìn)行分型。每一個(gè)基因型可以作為一個(gè)分類操作單位(Operational Taxonomic Unit，OTU)選擇具有代表性的菌液進(jìn)行測序。研究中將所有獲得的序列構(gòu)建系統(tǒng)發(fā)育樹，剔除非真菌的序列并將真菌的18S rRNA基因序列提交到NCBI，獲得登錄號為KT285715-KT285801。

1.6 數(shù)據(jù)分析

以Shannon-Wiener指數(shù)和Simpson指數(shù)來計(jì)算真菌物種多樣性，以Pielou指數(shù)計(jì)算真菌物種的均勻度。采用SPSS 19.0 進(jìn)行理化數(shù)據(jù)以及Pearson相關(guān)性分析，用One way ANOVA (Duncan檢驗(yàn)) 進(jìn)行多重比較(P<0.05)比對。使用MEGA 4.0進(jìn)行系統(tǒng)發(fā)育樹的構(gòu)建。利用Mothur(1.31.2)計(jì)算不同OTUs的相似度，以相似度為0.97構(gòu)建OTU矩陣。利用R語言(R 3.2)基于OTU矩陣計(jì)算Bray-Curtis距離矩陣并進(jìn)一步做非度量多維尺度分析(non-metric multidimensional scaling，NMDS)。在R語言環(huán)境中使用典范相關(guān)分析(canonical correlation analysis，CCA)鑒定影響真菌群落結(jié)構(gòu)的主要影響因素，并用蒙特卡洛檢驗(yàn)分析環(huán)境因子與真菌群落結(jié)構(gòu)的相關(guān)性。

2 結(jié)果與分析

2.1 生物土壤結(jié)皮中真菌多樣性及結(jié)構(gòu)變化

不同植物群落以及不同演替階段下的5種類型生物土壤結(jié)皮中真菌多樣性指數(shù)的變化如表1所示，從表1可以看出，白茅群落下結(jié)皮和真蘚結(jié)皮中總的克隆數(shù)遠(yuǎn)低于結(jié)縷草群落中結(jié)皮和裸地，盡管木賊群落中的結(jié)皮具有較高的克隆數(shù)，但其OTUs在5個(gè)樣本中是最低的。Shannon-Wiener、Simpson、Pielou指數(shù)以及稀釋曲線(圖1)均表明，在5個(gè)樣本中生長在木賊群落中的生物土壤結(jié)皮和裸地處較低。這些結(jié)果表明生長在不同植物群落中以及不同演替階段的生物土壤結(jié)皮中真菌多樣性及均勻度存在差異。

系統(tǒng)發(fā)育樹(圖2，圖3)顯示在門、優(yōu)勢綱和優(yōu)勢目3個(gè)分類水平上5個(gè)生物土壤結(jié)皮樣本中真菌群落結(jié)構(gòu)均存在差異。在所分析的5個(gè)生物土壤結(jié)皮樣本中，共檢測出隸屬于3個(gè)門的真菌(即子囊菌門(Ascomycota)(圖2)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota)和壺菌門(Chytridiomycota)(圖3))。在子囊菌門和擔(dān)子菌門中共檢測出8個(gè)綱，包括子囊菌門的座囊菌綱(Dothideomycetes)、散囊菌綱(Eurotiomycetes)、盤菌綱(Pezizomycetes)、酵母綱(Saccharomycetes)和外囊菌綱(Taphrinomycetes)等5綱以及擔(dān)子菌門的傘菌綱(Agaricomycetes)、銀耳綱(Tremellomycetes)和微球黑粉菌綱(Microbotryomycetes)等3綱。在8個(gè)綱中，相對豐度較高的優(yōu)勢綱主要包括擔(dān)子菌門的傘菌綱、銀耳綱(圖3)和子囊菌門的座囊菌綱、散囊菌綱(圖2)，這4個(gè)綱占總檢測出真菌的比例均超過90%，其中生活在木賊群落生物土壤結(jié)皮中的真菌僅隸屬于3個(gè)綱，即座囊菌綱、散囊菌綱和傘菌綱。在研究的5個(gè)樣本中，裸地處和結(jié)縷草群落下的生物土壤結(jié)皮中擁有較高豐度的座囊菌綱和較低豐度的散囊菌綱，而裸地處和蘚類結(jié)皮中傘菌綱和銀耳綱相對豐度低于其他其他3個(gè)生物土壤結(jié)皮樣本。盤囊菌綱僅在白茅群落下的生物土壤結(jié)皮以及蘚類結(jié)皮中以較低的相對豐度存在，而酵母綱和外囊菌綱也僅分別在裸地處和結(jié)縷草群落下的生物土壤結(jié)皮中以較低的相對豐度存在?；诰V的水平，5個(gè)樣本在真菌群落組成方面存在很大的差異，這一結(jié)果表明植物群落對生物土壤結(jié)皮中真菌群落種類組成的影響是非常顯著的。5個(gè)樣本不僅在優(yōu)勢門和優(yōu)勢綱的水平上存在顯著差異，在子囊菌門優(yōu)勢目水平上也表現(xiàn)出顯著的差異。在裸地和白茅群落、結(jié)縷草群落下的生物土壤結(jié)皮中有3個(gè)優(yōu)勢目，其相對豐度均表現(xiàn)為座囊菌目(Dothideales)> 格孢菌目(Pleosporales)> 刺盾炱目(Chaetothyriales)；而在蘚類結(jié)皮和木賊群落下的生物土壤結(jié)皮中僅有格孢菌目和刺盾炱目兩個(gè)優(yōu)勢目，且前者的相對豐度顯著高于后者。

表1 各樣本的生物多樣性指數(shù)

YB，YJ和YM分別表示白茅群落、中華結(jié)縷草群落和木賊群落下的蘚-藻混合結(jié)皮，YX表示藻類結(jié)皮，YL表示作為對照的無植物生長的裸地尾礦

圖2 基于鄰接法構(gòu)建的5個(gè)生物土壤結(jié)皮的子囊菌門的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.2 Neighbour-joining phylogenetic tree of phylum Ascomycota in 5 BSCs samples

圖3 基于鄰接法構(gòu)建的5個(gè)生物土壤結(jié)皮的擔(dān)子菌門和壺菌門的系統(tǒng)發(fā)育樹Fig.3 Neighbour-joining phylogenetic tree of phyla Basidiomycota and Chytridiomycota in 5 BSCs samples

通過與GenBank比對，在5個(gè)樣本所檢測出的系列中，隸屬于子囊菌門和單子菌門的真菌分別有17屬和12屬。其中在至少某一樣本中相對豐度大于5%的優(yōu)勢屬分別為9屬和5屬。具有較低的相對豐度、并僅在于某一或某兩個(gè)樣本中的屬，主要包括子囊菌門的Taphrina、Lamprospora、Cochliobolus、Candida、Bimuria、Aspergillus等和單子菌門的Sphacelotheca、Rhodotorula、Rhodosporidium、Hyphodontia、Fellomyces、Cyphellostereum等。從系統(tǒng)發(fā)育樹中可以看出，5個(gè)樣本在屬的水平上仍然存在著顯著的差異。在14個(gè)優(yōu)勢屬中，只有單子菌門的Rickenella屬在5個(gè)樣本中均有分布，僅在某一樣本具有較高相對豐度的屬包括Phaeosphaeria、Leptosphaeria、Alternaria、Collybia和Trichosporon。其中，Leptosphaeria、Collybia和Trichosporon僅在白茅群落下的生物土壤結(jié)皮中占優(yōu)勢，而Phaeosphaeria和Alternaria僅分別在木賊群落下的生物土壤結(jié)皮以及蘚類結(jié)皮中占優(yōu)勢。

2.2 生物土壤結(jié)皮的化學(xué)性質(zhì)變化

研究區(qū)域生物土壤結(jié)皮基本化學(xué)性質(zhì)如表2所示。從表2可以看出，生物土壤結(jié)皮基本表現(xiàn)出微堿性；不同生物土壤結(jié)皮中的燒失量、總氮和有效磷含量表現(xiàn)出一定的差異，生長在植物群落下的生物土壤結(jié)皮和苔蘚生物土壤結(jié)皮中的燒失量、總氮和有效磷含量高于裸地處。不同區(qū)域的生物土壤結(jié)皮在有效態(tài)Cu和Zn含量上無差異，但生長在白茅群落中的生物結(jié)皮中(YB)有效態(tài)Pb含量顯著高于裸地處(YL)。生長在銅尾礦廢棄地表面的生物土壤結(jié)皮中較高是有效態(tài)Cu、Zn和Pb主要與尾礦本身含有較高的重金屬有關(guān)。

2.3 影響生物土壤結(jié)皮中真菌多樣性及結(jié)構(gòu)的因素

NMDS圖(圖4)顯示不同植物群落與演替階段均對真菌的群落結(jié)構(gòu)產(chǎn)生影響，其中不同植物群落下真菌群落結(jié)構(gòu)隨著軸2分離，不同的演替階段下真菌群落結(jié)構(gòu)沿著軸1發(fā)生變化。通過CCA分析(圖5)發(fā)現(xiàn)這種真菌群落結(jié)構(gòu)變化并不是主要由尾礦的基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)影響的，同時(shí)真菌群落多樣性指數(shù)與化學(xué)性質(zhì)均無顯著的相關(guān)性(表3)。

表2 生物結(jié)皮下表層尾礦的主要化學(xué)性質(zhì)(平均值±標(biāo)準(zhǔn)差，n=4)

同列數(shù)據(jù)后不同小寫字母表示在0.05水平差異顯著

圖4 5種生物土壤結(jié)皮真菌群落結(jié)構(gòu)的NMDS分析 Fig.4 NMDS plot for fungal community structure in 5 BSCs samples

圖5 真菌群落結(jié)構(gòu)與環(huán)境因子的典范相關(guān)分析Fig.5 Canonical correlation analysis (CCA) for fungal community structure with environmental variables

3 討論

在所分析的5個(gè)生物土壤結(jié)皮樣本中，共檢測出隸屬于3個(gè)門的真菌(即子囊菌門、擔(dān)子菌門和壺菌門)，而構(gòu)成沙漠生物結(jié)皮的其他門類真菌(如接合菌門Zygomycota)[15]未被檢出，也許與DNA提取或PCR擴(kuò)增所用的引物偏好性有關(guān)[8]。在檢出的真菌中，子囊菌門真菌在所有樣本中均占優(yōu)勢(55.12%—87.73%)，其次為擔(dān)子菌門(12.27%—43.86%)，壺菌門相對豐度最低(≤1.02%)，這一結(jié)果與在其他干旱、半干旱區(qū)域得到的結(jié)果基本一致[8,16-17]，但與安曼、北美和以色列沙漠生物結(jié)皮中的研究結(jié)果有所不同。毛烏素沙漠的生物結(jié)皮中子囊菌門僅占了全部真菌總數(shù)的58%[8]，而在安曼、北美及以色列沙漠生物結(jié)皮中子囊菌所占的比例均在90% 以上[18-20]。趙宇龍等[8]認(rèn)為土生物壤結(jié)皮中子囊菌門所占比例的差異這可能與地理位置，環(huán)境因素和發(fā)育階段等因素有關(guān)。另一方面，不同生物土壤結(jié)皮中真菌群落結(jié)構(gòu)的差異可能與不同結(jié)皮所形成的微環(huán)境有關(guān)[16,19]。Abed等[18]發(fā)現(xiàn)在安曼的沙漠生物結(jié)皮中格孢菌目占絕對優(yōu)勢。而本研究中，生長于木賊群落下的結(jié)皮和蘚類結(jié)皮中黃色真蘚(Bryumpallescens)在結(jié)皮中的相對豐度明顯高于而其他3種類型的結(jié)皮，而藻類在結(jié)皮中的相對蓋度則表現(xiàn)相反，Abed等[18]的研究發(fā)現(xiàn)以藍(lán)細(xì)菌占優(yōu)勢的結(jié)皮與以地衣占優(yōu)勢的結(jié)皮在真菌群落結(jié)構(gòu)方面存在顯著差異。

表3 生物土壤結(jié)皮中真菌多樣性指數(shù)和主要化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性分析

使用主要化學(xué)性質(zhì)的均值與各真菌多樣性指數(shù)做Pearson線性相關(guān)

從優(yōu)勢屬的層面通過與GenBank比對，在5個(gè)樣本所檢測出的系列中，隸屬于子囊菌門和單子菌門的真菌分別有17屬和12屬，在屬的水平本研究中真菌的多樣性低于Negev沙漠的49屬[15]和安曼沙漠生物土壤結(jié)皮中的44屬[18]。盡管本研究中的某些優(yōu)勢屬(如Coniosporium、Phaeosphaeria、Alternaria、Phoma和Cryptococcus等)在沙漠生物土壤結(jié)皮中也廣泛分布，但在沙漠生物土壤結(jié)皮中占優(yōu)勢的Chaetomium、Penicillium、Ulocladium、Fusarium等屬[8,15,17-18]在本研究中并未檢測出；而本研究中的優(yōu)勢屬如子囊菌門的Discosphaerina和單子菌門的Rickenella、Globulicium和Trichosporon等在沙漠生物土壤結(jié)皮中未檢出或并不占優(yōu)勢。Grishkan等[15]發(fā)現(xiàn)Phoma屬的物種僅在某些濕度較高區(qū)域的生物土壤結(jié)皮中占優(yōu)勢，而本研究中地勢較洼、含水量較高的木賊群落下的生物土壤結(jié)皮中Phoma屬的物種的相對豐度反而低于含水量較低的裸地處(圖1)，另外在毛烏素沙漠的生物土壤結(jié)皮中利用分子生物學(xué)手段并未檢測出該屬[8]。研究發(fā)現(xiàn)Aureobasidium屬在以藍(lán)細(xì)菌占優(yōu)勢的生物土壤結(jié)皮中占優(yōu)勢[18]，本研究中該屬也是在結(jié)縷草群落和裸地處以藍(lán)細(xì)菌為主的藻類結(jié)皮中占優(yōu)勢。

早期對銅尾礦廢棄地上生物土壤結(jié)皮的研究表明[12,21]植物群落能提高尾礦中的有機(jī)物質(zhì)和營養(yǎng)物質(zhì)，但與干旱、半干旱區(qū)域的生物土壤結(jié)皮相比，本研究中生物土壤結(jié)皮中的總氮含量低于生長在沙漠中表層土壤[22]，這也表明所研究銅尾礦廢棄地在氮素含量方面仍表現(xiàn)非常貧瘠。本研究并沒有顯示出真菌群落多樣性和結(jié)構(gòu)與所檢測樣本的化學(xué)性質(zhì)的相關(guān)性，顯然植物構(gòu)建后化學(xué)因素的微量改善可能并不是造成生物土壤結(jié)皮中真菌群落結(jié)構(gòu)改變的主要因素。盡管有研究表明土壤中C以及C/N比率能夠影響真菌組成[23]，但本研究中營養(yǎng)貧瘠的裸地處真菌多樣性比生長在營養(yǎng)較為豐富的木賊群落下生物土壤結(jié)皮中具有更高的生物多樣性。裸地中較高的真菌多樣性表明裸地中所含有的少量養(yǎng)分能夠滿足這些真菌的需求[16]，白茅、中華結(jié)縷草和木賊3種維管植物群落下生物土壤結(jié)皮中真菌多樣性的差異，表明了植物群落類型對生物土壤結(jié)皮真菌多樣性的影響是非常顯著的。研究表明，來自植物的凋落物及其分解產(chǎn)物能夠影響生物土壤結(jié)皮中真菌的結(jié)構(gòu)和多樣性[17]，同時(shí)不同植物群落所形成的不同的環(huán)境條件(微生境)也會影響生物土壤結(jié)皮中真菌的結(jié)構(gòu)和多樣性[16]。另一方面，生物土壤結(jié)皮的演替過程也是造成真菌群落結(jié)構(gòu)改變的又一因素。不同演替階段的生物土壤結(jié)皮對尾礦的土壤發(fā)生過程起到不一樣的作用，例如藻類結(jié)皮能向體外分泌以多糖為主的物質(zhì)[24]能夠促進(jìn)真菌的生長，死亡的藻體也能夠給真菌生長提供有機(jī)物質(zhì)，而苔蘚結(jié)皮的形成也進(jìn)一步地加速了尾礦風(fēng)化的速度并累積風(fēng)塵物質(zhì)包括植物的一些必要元素包括P、K等[24]，這些都可能是改變生物土壤結(jié)皮的重要因素。因此本研究中不同樣本真菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的差異可能受維管植物群落類型、微地形、結(jié)皮類型(藻類結(jié)皮、蘚類-藻類混合結(jié)皮和蘚類結(jié)皮)以及基本理化性質(zhì)等多重影響。

4 結(jié)論

生活于銅陵銅尾礦表面的生物土壤結(jié)皮中的真菌主要隸屬于子囊菌門和擔(dān)子菌門，子囊菌門占絕對優(yōu)勢；不同樣本真菌群落結(jié)構(gòu)在門、綱、目以及屬的水平存在顯著差異；生物土壤結(jié)皮中真菌群落的結(jié)構(gòu)與多樣性與基質(zhì)化學(xué)性質(zhì)之間無顯著的相關(guān)性；生物土壤結(jié)皮中真菌群落結(jié)構(gòu)和多樣性的差異與維管植物群落類型以及演替階段不同的生物土壤結(jié)皮的類型有關(guān)。

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Comparing the fungal community structure in biological soil crusts obtained under different plant communities in a copper mine tailings

LI Yang, LIU Mei, SUN Qingye*

School of Resources and Environmental Engineering, Anhui University, Hefei 230601, China

Biological soil crusts (BSCs) found on the surface of bare wasteland and beneath the tracheophyte communities in mine tailing ponds, play an important role in the processes that are involved in natural ecological restoration of copper mine tailings. Fungi are an important part of BSCs, and they adhere to the surface soil and other components stably through their fungal hypha. It is important to enhance the resilience of mine tailings against wind erosion, as well as improve their moisture holding capacity that can be beneficial for the plant colonization on loose mine tailings′ surfaces. However, the structure and diversity of microbial communities (especially fungal communities) of BSCs on the surface of mine tailings are poorly investigated. In this study, the changes in the fungal diversity and community structure of BSC samples at different successional stages, as well as tracheophyte species, were investigated using molecular biotechnologies. Moss-algal crusts beneath theHippochaeteramosissimum(YM) had the lowest diversity index (including Shannon-Wiener index, Simpson index and Pielou index), among other significant differences of diversity and evenness that were observed in the fungal communities from the BSC samples and tracheophyte species. In addition, significant differences in basic soil chemical properties, such as loss-on-ignition, total nitrogen, and available phosphorus, were also found among the BSC samples. This indicates that the fungi in the BSC samples included the phyla Ascomycota, Basidiomycota, and Chytridiomycota. The phylum Ascomycota was dominant in these samples, and displayed a higher relative abundance 55.12%—87.73%, followed by the phylum Basidiomycota with a relative abundance of 12.27%—43.86%. Significant differences in fungal community structure were found at the phylum, order, class, and genus level. In addition, a non-metric multidimensional scaling (NMDS) analysis also showed that the fungal community structure is significantly influenced by tracheophyte species and the successional stage. However, canonical correlation analysis (CCA) indicated that this variation was not mainly caused by the substrate chemical properties of the mine tailings. In addition, Pearson correlations showed no significant correlation between fungal community structure and soil chemical properties.

biological soil crusts; fungal community structure; fungal community diversity; copper mine tailings

國家自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(41171418)

2015-07-18;

2015-12-23

10.5846/stxb201507181512

*通訊作者Corresponding author.E-mail: sunqingye@ahu.edu.cn

李楊，劉梅，孫慶業(yè).不同植物群落下銅尾礦廢棄地生物結(jié)皮中真菌群落結(jié)構(gòu)的比較.生態(tài)學(xué)報(bào),2016,36(18):5884-5892.

Li Y, Liu M, Sun Q Y.Comparing the fungal community structure in biological soil crusts obtained under different plant communities in a copper mine tailings.Acta Ecologica Sinica,2016,36(18):5884-5892.