牛利敏秦 華?徐秋芳鄔奇峰苗倞婧彭定聰

（1 浙江農(nóng)林大學環(huán)境與資源學院，浙江臨安 311300）

（2 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江臨安 311300）

（3 浙江省臨安市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，浙江臨安 311300）

長期種植毛竹林土壤叢枝菌根真菌群落演變趨勢*

牛利敏1，2秦 華1，2?徐秋芳1，2鄔奇峰3苗倞婧1，2彭定聰1，2

（1 浙江農(nóng)林大學環(huán)境與資源學院，浙江臨安 311300）

（2 浙江省森林生態(tài)系統(tǒng)碳循環(huán)與固碳減排重點實驗室，浙江臨安 311300）

（3 浙江省臨安市農(nóng)業(yè)技術推廣中心，浙江臨安 311300）

為揭示長期種植毛竹林土壤叢枝菌根（Arbuscular mycorrhizae，AM）真菌群落演變特征，通過磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acid，PLFA）和Illumina Miseq測序平臺研究了AM真菌生物量及群落結構的演變趨勢。結果表明，長期種植毛竹林土壤養(yǎng)分含量總體呈下降趨勢，球囊霉素相關土壤蛋白（Glomalin-related soil protein，GRSP）含量及AM真菌生物量也顯著降低（p＜0.05），其中易提取態(tài)球囊霉素相關土壤蛋白（Easily extractable glomalin-related soil protein，EE-GRSP）含量與有機質、堿解氮、速效鉀顯著正相關（p＜0.05），而AM真菌菌絲生物量（16∶1ω5 PLFA）與堿解氮極顯著正相關（p＜0.01）。長期種植毛竹林顯著降低了土壤2～0.25 mm大團聚體比例（p ＜0.05），且與AM真菌菌絲生物量極顯著正相關（p＜0.01）。測序結果表明，毛竹林土壤AM真菌以球囊霉屬（Glomus）為優(yōu)勢種群，其次為無梗囊霉屬（Acaulospora），長期種植毛竹后土壤球囊霉屬相對豐度顯著增加而無梗囊霉屬顯著降低（p＜0.05）。非度量多維尺度轉換排序（Non-metric multidimensional scaling，NMDS）分析顯示，對照馬尾松林與不同種植年限毛竹林土壤AM真菌群落顯著區(qū)分（p=0.001），土壤含水量（p=0.005）、堿解氮（p=0.001）、有效磷（p=0.014）對AM真菌群落結構變異具有重要貢獻。長期種植毛竹顯著降低了AM真菌生物量、球囊霉素相關土壤蛋白含量以及2～0.25 mm大團聚體比例，并改變了AM真菌群落結構，不利于土壤碳固存和維持生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定。

叢枝菌根真菌；毛竹林；群落結構；磷脂脂肪酸

叢枝菌根（Arbuscular mycorrhizae，AM）真菌廣泛分布于陸地生態(tài)系統(tǒng)，能侵染超過80%的陸生植物根系，與植物形成互惠共生體。AM真菌從植物獲取碳水化合物（可利用高達5%～20%的光合作用產(chǎn)物），作為回報，其幫助植物吸收礦質養(yǎng)分和水分［8］。同時，AM真菌還通過促進地上植物凈初級生產(chǎn)力、促進土壤團聚體形成、調節(jié)土壤呼吸、影響有機質降解以及AM真菌本身生物量累積等途徑直接或間接影響土壤碳固存［9-11］。因此，AM真菌在林業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中具有重要的碳匯功能。大量研究表明，AM真菌群落結構及生物量受植被群落、地理因素、人為干擾等諸多因素影響，同時具有時間和空間的異質性［12］。因此，地上植被群落的演替以及經(jīng)營方式等均會對土壤AM真菌群落結構造成潛在的影響，從而影響其碳匯功能。

目前，關于毛竹林替代天然林以及長期種植毛竹對土壤AM真菌群落結構演變趨勢及其主要影響因子還少有相關研究。闡明毛竹林替代天然林以及長期種植毛竹對土壤AM真菌群落的影響機理對于評估毛竹林生態(tài)風險、保護生態(tài)系統(tǒng)穩(wěn)定、提升竹林碳匯功能具有重要意義，也可為合理經(jīng)營毛竹林提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于浙江省湖州市安吉縣（30°52′～30°23′ N，119°53′～119°14′ E），該地屬于北亞熱帶季風氣候，年均氣溫15 ℃，年均降水量1 485 mm。當?shù)刂饕址譃轳R尾松林和毛竹林，均生長于低山丘陵地貌，土壤母質為粉砂和細砂混合巖。試驗選擇的毛竹林均是由毛竹入侵馬尾松林后，對馬尾松進行皆伐演變而來，且均實施粗放經(jīng)營。毛竹林和馬尾松林土壤類型和母質一致，坡度、坡向以及海拔等地形條件基本相同，但是馬尾松皆伐時間不同，代表不同的毛竹林種植年限。對馬尾松林及不同種植年限毛竹林植被群落進行調查，馬尾松林蓋度為50%左右，喬木層主要有馬尾松（Pinus massoniana）、杉木（Cunninghamia lanceolata）、木荷（Schima spuerba）、青岡（Cyclobalanopsis glauca）、油茶（Camellia oleifera）、楓香（Liquidambar formosana）、紫楠（Phoebe sheareri）、豹皮樟（Litsea coreana）、短柄枹（Quercus glandulifera）、棕櫚（Trachycarpus fortunei）等10種，灌木層主要有南天竹（Nandina domestica）、檵木（Loropetalum chinensis）、紫金牛（Ardisia japonica）、苦櫧（Castanopsis sclerophylla）、紫藤（Wisteria sinensis）、六角蓮（Dysosma pleiantha）、馬銀花（Rhododendron ovatum）、微毛柃（Eurya hebeclados）、菝葜（Smilax china）、山雞椒（Litsea cubeba）、連蕊茶（Camellia cuspidata）、映山紅（Rhododendron pulchrum）等12種，草本層主要有狗脊蕨（Woodwardia japonica）、兔兒傘（Syneilesis aconitifolia）、麥冬（Ophiopogon japonicus）、玉竹（Polygonatum odoratum）、印度黃芩（Scutellaria indica）等5種。粗放經(jīng)營毛竹林蓋度為90%左右，下層木非常稀疏。依不同種植年限，毛竹林林下植被群落具有差異，粗放經(jīng)營5 a和9 a的毛竹林比較類似，喬木層主要有毛竹和油茶2種，灌木層主要有南天竹、檵木、山雞椒、紫藤等4種，草本層主要有狗脊蕨、兔兒傘、小花鳶尾（Iris speculatrix）、紫花堇菜（Viola grypoceras）等4種。長期粗放經(jīng)營毛竹林（15 a和18 a）植物群落較為類似，喬木層主要為毛竹，灌木層主要有山莓（Rubus corchorifolius）、山雞椒和連蕊茶等3種，草本層主要有狗脊蕨、兔兒傘、絡石（Trachelospermum jasminoides）、白花敗醬（Patrinia villosa）、寶鐸草（Disporum sessile）等5種。毛竹林在實施粗放經(jīng)營過程中基本保留林下灌木和雜草，每2年砍伐一次，不進行鉤梢、施肥、墾覆等人為培育措施干擾。

1.2 試驗方法

于2013年10月對當?shù)孛窳珠_展調研，根據(jù)農(nóng)戶調查結果，選取種植年限為5 a、9 a、15 a和18 a（營林年份分別為2008、2004、1998、1995年）的毛竹林，同時選擇毛竹林附近立地條件相近的馬尾松林（Masson pine，MP）作為對照，共計5個林地。在每個林地選取10 m×10 m標準樣地3個，共計15個標準樣地。每個標準樣地按一定距離設置5個采樣點，去除表層落葉及大的石塊等雜物后采集0～20 cm土壤樣品，將5份土壤樣品充分混合成為一個樣品，置于冰盒帶回實驗室，土壤樣品混勻后過2 mm篩，一部分新鮮土樣立即用于土壤總DNA和球囊霉素相關土壤蛋白（Glomalinrelated soil protein，GRSP；以下簡稱球囊霉素）提取以及磷脂脂肪酸（Phospholipid fatty acids，PLFA）分析，一部分土樣風干后用于土壤理化性質分析；同時每個標準樣地隨機采集1個原狀土樣，樣品盒帶回實驗室，用于團聚體分離。

1.3 球囊霉素相關土壤蛋白含量測定

依據(jù)不同的提取條件，將球囊霉素分為兩類：易提取球囊霉素（Easily extractable glomalinrelated soil protein，EE-GRSP）和總球囊霉素（Total glomalin-related soil protein，T-GRSP）。根據(jù)Wright和Upadhyaya［13］描述的方法，稱取相當于1 g干土的新鮮土樣，易提取球囊霉素采用pH7.0、20 mmol L-1的檸檬酸鈉浸提液在121 ℃高壓條件下浸提30 min，冷卻后離心5 min（11 000 g），收集上清液；總球囊霉素采用pH 8.0、50 mmol L-1檸檬酸鈉浸提液在121 ℃高壓條件下浸提60 min，冷卻后離心5 min（11 000 g），收集上清液，補充等體積的浸提液，連續(xù)浸提至上清液為淡黃色為止。采用考馬斯亮藍法測定提取液球囊霉素含量，計算其在土壤中的含量。

1.4 土壤AM真菌生物量測定

土壤AM真菌生物量采用磷脂脂肪酸方法測定。稱取3.00 g冷凍干燥的土樣，參照改進的Frosteg?rd和B??th［14］的方法測定土壤磷脂脂肪酸含量。其中，在樣品通過SPE柱分離過程中，同時收集中性脂（Neutral lipid，NLFA）和磷脂，分別甲基化后，采用安捷倫6890N氣相色譜對提取的中性脂和磷脂脂肪酸進行測定，MIDI Sherlocks微生物鑒定系統(tǒng)（MIDI Inc.，Newark，DE）進行脂肪酸鑒定。根據(jù)Olsson 等［15］分類方法，16∶1ω5脂肪酸為AM真菌特征脂肪酸，其中16∶1ω5 PLFA主要代表菌絲生物量，16∶1ω5 NLFA主要代表孢子、泡囊等繁殖體及儲存器官生物量。

1.5 土壤團聚體分級

參照Six等［16］的濕篩法進行團聚體分離。稱取50 g風干土，在25 ℃水中浸泡過夜，將土樣依次通過2 mm、0.25 mm、0.053 mm篩，分別得到＞2 mm和2～0.25 mm水穩(wěn)性大團聚體、0.25～0.053 mm水穩(wěn)性微團聚體、＜0.053 mm粉—黏團聚體。各粒級團聚體于60 ℃烘干，稱重。

1.6 土壤AM真菌群落結構分析

采用PowerSoil?DNA Isolation Kit試劑盒提取土壤總DNA。采用帶條形碼（barcode）的AMV4.5NF 和AMDGR引物對擴增AM真菌18S rDNA［17］。PCR產(chǎn)物經(jīng)純化、定量后，對不同樣品進行DNA等量取樣后，采用TruSeqTMDNA Sample Prep LT Kit 和MiSeq Reagent Kit制備Illumina測序文庫，采用Illumina Miseq平臺進行雙末端250 bp測序。PCR及Illumina Miseq測序均在中國科學院南京土壤研究所完成。

采用Quantitative Insights Into Microbial Ecology（QIIME）1.9.0-dev（http://www.qiime. org）分析序列［18］。首先對序列進行質控（質控分＞25且長度）200 bp），然后根據(jù)條形碼將序列分配到各土壤樣品。對序列進行降噪后，將所有序列以97%相似度為標準劃分操作分類單元（Operational taxonomic unit，OTU），選擇每個OTU中豐度最高的序列作為該OTU的代表序列。OTU比對采用Silva 109數(shù)據(jù)庫（http://www.arbsilva.de/download/archive/qiime/）。測序共獲得AM真菌序列28 373條，各樣地AM真菌測序深度處于1 185～3 891條序列之間，因此以1 100條AM真菌序列為標準進行10次重復取平均，用于群落結構分析。

1.7 數(shù)據(jù)處理

采用SPSS 18.0統(tǒng)計軟件進行數(shù)據(jù)處理，Duncan單因素方差分析比較各處理之間的差異顯著性（p＜0.05）。利用Pearson相關系數(shù)分析土壤理化性質與土壤球囊霉素及AM真菌生物量之間的相關關系。采用R語言Vegan包對不同處理土壤AM真菌群落進行非度量多維尺度轉換排序（Nonmetric multidimensional scaling，NMDS）分析，并通過相似性檢驗（Analysis of similarities，ANOSIM）測試不同群落之間的差異顯著性（p ＜0.05），同時采用enfit參數(shù)篩選對AM真菌群落結構演變貢獻顯著的土壤因子。

2 結 果

2.1 不同種植年限毛竹林土壤理化性質差異

與天然馬尾松林相比，毛竹林種植初期土壤pH出現(xiàn)逐漸升高的趨勢，隨著種植年限的增加土壤pH先上升后下降，9 a毛竹林土壤pH顯著高于其他年限和馬尾松林（p＜0.05），18 a毛竹林土壤pH與天然馬尾松林沒有顯著差異（表1）。在毛竹種植初期，土壤有機質、有效磷以及速效鉀含量均顯著高于馬尾松林（p＜0.05），然而隨著種植年限的延長，這些養(yǎng)分含量均表現(xiàn)出下降的趨勢，其中18 a毛竹林土壤有機質含量顯著低于天然馬尾松林和5 a毛竹林（p＜0.05）。毛竹林土壤堿解氮隨著種植年限的延長而降低，且毛竹林種植18 a后土壤堿解氮含量顯著低于天然馬尾松林（p ＜0.05）。

表1 不同種植年限毛竹林土壤理化性質Table 1 Physico-chemical properties of the soil under moso bamboo stands with different plantation age

2.2 土壤球囊霉素含量及AM真菌生物量

與天然馬尾松林相比，種植初期毛竹林土壤球囊霉素含量表現(xiàn)出增加趨勢，其中5 a毛竹林土壤總球囊霉素含量顯著高于天然馬尾松林（p ＜0.05）。然而，長期種植毛竹林土壤球囊霉素含量呈現(xiàn)出逐漸降低的趨勢，15 a和18 a毛竹林土壤易提取及總球囊霉素含量均顯著低于5 a毛竹林（p＜0.05），但與天然馬尾松林相比沒有顯著差異（表2）。以16∶1ω5磷脂及中性脂表征土壤AM真菌生物量，結果表明馬尾松林改造為毛竹林后，AM真菌生物量均表現(xiàn)出下降的趨勢，毛竹林長期種植后逐漸趨于穩(wěn)定（表2）。15 a和18 a毛竹林土壤AM真菌菌絲生物量（16∶1ω5 PLFA）及孢子生物量（16∶1ω5 NLFA）均顯著低于天然馬尾松林和種植初期（5 a）毛竹林（p＜0.05）。

土壤理化性質與土壤球囊霉素含量及AM真菌生物量的Pearson相關分析結果見圖1。結果表明，土壤易提取球囊霉素含量與土壤有機質（r=0.840，p＜0.01，n=15）呈極顯著相關，與堿解氮（r=0.638，p＜0.05，n=15）和速效鉀（r=0.612，p＜0.05，n=15）含量呈顯著相關。土壤總球囊霉素含量與土壤有機質含量（r=0.767，p＜0.01，n=15）呈極顯著相關，與速效鉀含量（r=0.612，p＜0.05，n=15）呈顯著相關。此外，土壤堿解氮含量與AM真菌菌絲生物量（16∶1ω5 PLFA）呈極顯著相關（r=0.814，p＜0.01，n=15）。

表2 不同種植年限毛竹林土壤球囊霉素含量及AM真菌生物量Table 2 GRSP content and soil AM fungi biomass in the soil under moso bamboo stands with different plantation age

圖1 土壤養(yǎng)分與球囊霉素及AM真菌生物量相關分析Fig. 1 Relationships of soil nutrients with GRSP content and AM fungal biomass

2.3 土壤水穩(wěn)定性團聚體分布

長期種植毛竹影響了土壤水穩(wěn)性團聚體分布（圖2）。總體而言，馬尾松林及不同種植年限毛竹林土壤團聚體均以2～0.25 mm粒級團聚體所占比重最大，約占57.79%～72.40%；＜0.053 mm粉-黏團聚體百分比最小，約占2.62%～4.67%。與馬尾松林相比，毛竹林2～0.25 mm水穩(wěn)性大團聚體的百分含量顯著降低（p＜0.05）。相反，除9 a毛竹林外，其他種植年限毛竹林土壤0.25～0.053 mm水穩(wěn)性微團聚體百分含量均顯著高于對照馬尾松林（p＜0.05）。土壤＜0.053 mm 粉-黏團聚體百分含量表現(xiàn)出先顯著增加后顯著降低的趨勢（p＜0.05）。Pearson相關分析結果表明，土壤2～0.25 mm水穩(wěn)性大團聚體百分含量與AM真菌菌絲生物量（16∶1ω5 PLFA）呈極顯著正相關（r=0.644，p＜0.01，n=15）（圖3）。

2.4 土壤AM真菌群落分析

圖2 不同種植年限毛竹林土壤水穩(wěn)性團聚體分布Fig. 2 Distribution of soil water-stable aggregates in the soil under moso bamboo stands with different plantation age

圖3 土壤水穩(wěn)性團聚體與16∶1ω5 PLFA相關性Fig. 3 Pearson correlation between soil water-stable aggregate and 16∶1ω5 PLFA

將所有OTU在屬水平上進行分類，天然馬尾松林及毛竹林土壤樣品中共檢測到12個屬，其中絕大多數(shù)屬于球囊霉屬（Glomus），其豐度范圍處于59.61%～71.50%之間。其次為無梗囊霉屬（Acaulospora），豐度范圍在13.32%～23.80%之間。比較各屬AM真菌相對豐度，天然馬尾松林改造為毛竹林以及毛竹林長期粗放經(jīng)營后部分土壤AM真菌群落組成發(fā)生明顯變化（表3）。毛竹林土壤球囊霉屬相對豐度顯著高于天然馬尾松林（p＜0.05），長期種植毛竹林如15 a和18 a毛竹林球囊霉屬相對豐度顯著高于5 a和9 a毛竹林（p＜0.05）。Rhizophagus屬相對豐度與球囊霉屬變化趨勢一致。與Rhizophagus屬和球囊霉屬相反，無梗囊霉屬、類球囊霉屬（Paraglomus）、盾巨孢囊霉屬（Scutellospora）以及Sclerocystis屬相對豐度在毛竹長期種植過程中均顯著降低（p ＜0.05）。但是，短期種植（5 a、9 a）毛竹林土壤無梗囊霉屬相對豐度與天然馬尾松林相比沒有顯著差異。巨孢囊霉屬（Gigaspora）和多孢囊霉屬（Diversispora）均表現(xiàn)出先下降后逐漸升高的趨勢，其中馬尾松林改造為毛竹后短期內(nèi)巨孢囊霉屬相對豐度顯著降低（p＜0.05），但長期種植后18 a毛竹林土壤巨孢囊霉屬相對豐度顯著高于馬尾松林和短期種植（5 a、9 a）毛竹林（p＜0.05）。

表3 土壤AM真菌屬水平豐度變化Table 3 Changes in relative abundance of soil AM fungi at genera level

對馬尾松林以及不同種植年限毛竹林土壤AM真菌群落結構進行NMDS分析，結果表明馬尾松林（MP）與毛竹林土壤AM真菌群落結構存在明顯差異（圖4）。長期種植毛竹后，土壤AM真菌群落結構也逐漸產(chǎn)生差異，5 a、9 a毛竹林聚在一起且與15 a和18 a毛竹林在NMDS1上有明顯區(qū)分，同時，15 a和18 a毛竹林在NMDS1上也有明顯區(qū)分。ANOSIM 分析結果表明，不同樣地間土壤AM真菌群落存在顯著差異（p=0.001）。將環(huán)境因子加載到NMDS排序圖上，以找出與AM真菌群落結構變異顯著相關的土壤因子。結果表明，土壤含水量（p=0.005）、堿解氮（p=0.001）以及有效磷（p=0.014）含量與土壤AM真菌群落變異顯著相關，而土壤pH、有機質和速效鉀含量與AM真菌群落變異沒有顯著相關關系（表4）。

3 討 論

3.1 AM真菌群落演替的驅動機制

天然馬尾松林演變?yōu)槊窳趾?，隨著毛竹林種植年限的增加，林下植被群落發(fā)生較大變化。馬尾松林下具有十分豐富的灌木和草本層植被，而毛竹林灌木十分稀疏，物種豐富度降低，但是草本層物種豐富度沒有明顯的差異。之前的研究結果也發(fā)現(xiàn)天然林演變?yōu)槊窳趾髥坦鄬拥奈锓N豐富度和多樣性指數(shù)顯著降低，而草本層物種豐富度變化不一致［19-20］，說明隨著毛竹優(yōu)勢度的增加，其他樹種受到了較為明顯的生態(tài)位的排擠。研究表明，AM真菌與植物群落關系密切，AM真菌可以改變植物多樣性和生態(tài)功能，反之植物群落結構的改變也會引起AM真菌群落的變化［21］。關于AM真菌與植物群落的關系可以用被動/驅動理論（Passenger/Driver hypothesis）來解釋［21］，被動理論（Passenger hypothesis）認為AM真菌具有高度的宿主特異性，特定的植物促進特定的AM真菌生長，因此一旦植物群落發(fā)生改變，共生的AM真菌群落也隨之發(fā)生改變。驅動理論（Driver hypothesis）認為植物生長需要特定的共生AM真菌存在，AM真菌種群結構改變后，驅動植物群落隨之發(fā)生改變。本研究發(fā)現(xiàn)在長期種植毛竹林過程中，被動理論可以很好地解釋AM真菌群落結構及生物量的演變特征。在長期種植過程中，由于毛竹生長和更新速度快，從而導致其他植物多樣性的逐漸喪失，因此只有能夠與毛竹及林下少數(shù)植物種類形成菌根的AM真菌才能得以保存。

圖4 AM真菌群落NMDS分析Fig. 4 NMDS ordination plot of the AM fungal community

表4 土壤理化性質與AM真菌群落相關關系Table 4 Relationships between soil chemical variables and AM fungal community

3.2 長期種植毛竹對土壤養(yǎng)分及AM真菌生物量的影響

長期種植毛竹后，土壤有機質和氮、磷、鉀養(yǎng)分總體呈下降趨勢，由于毛竹林屬于近自然經(jīng)營狀態(tài)，沒有任何人為養(yǎng)分輸入，因此土壤養(yǎng)分含量減少可能與毛竹地上部分收獲帶走土壤養(yǎng)分有關。此外，由于毛竹林下植被減少，土壤養(yǎng)分隨徑流損失也是養(yǎng)分含量下降的一個可能原因。與土壤養(yǎng)分相似，無論是土壤球囊霉素含量還是AM真菌生物量均呈逐漸下降趨勢（表2），且分別與土壤有機質、堿解氮和速效鉀含量顯著正相關（圖1）。推測在毛竹林種植過程中，由于毛竹林植被向單一群落發(fā)展，導致AM真菌多樣性及生物量均逐漸降低。此外，多個研究表明AM真菌生物量以及球囊霉素與土壤有機碳、氮含量具有正相關關系［13，22］。Li等［10］發(fā)現(xiàn)土壤易提取態(tài)球囊霉素含量與土壤總碳和總氮含量顯著正相關，說明土壤球囊霉素是重要的碳、氮貯存形式，且活性球囊霉素組分在毛竹生長過程中與土壤碳氮循環(huán)有非常緊密的聯(lián)系。Wilson等［11］發(fā)現(xiàn)，AM真菌根外菌絲長度與土壤有機碳、氮含量顯著正相關，本研究也發(fā)現(xiàn)AM真菌PLFA生物量與土壤堿解氮含量顯著正相關。AM真菌也可以通過根外菌絲網(wǎng)絡鏈接以及球囊霉素黏結這兩條途徑促進土壤團聚體形成從而提高土壤碳貯量［23］。一般而言，土壤大團聚體比例總是隨著土壤AM真菌菌絲長度的增加而增加的，AM真菌根外菌絲長度及相關球囊霉素對粒徑大于0.25 mm土壤大團聚體比例的增加具有重要貢獻［11］。盡管本研究并未發(fā)現(xiàn)2～0.25 mm大團聚體比例與球囊霉素含量有顯著差異，但是其與AM真菌菌絲生物量（16∶1ω5 PLFA）呈顯著正相關（圖3）。在長期種植毛竹過程中，隨著土壤AM真菌生物量降低，一方面導致土壤大團聚體占比逐漸下降，間接導致團聚體固定碳源的損失；另一方面也直接減少了植物通過菌絲輸入土壤的那部分碳源，從而使毛竹林面臨著碳貯量逐漸下降的生態(tài)風險。

3.3 AM真菌群落結構演變及其影響因素

目前，還很少見毛竹林土壤AM真菌群落結構的研究。本研究發(fā)現(xiàn)，毛竹林土壤球囊霉屬（Glomus）和無梗囊霉屬（Acaulospora）相對豐度較高，其中球囊霉屬占比超過50%，這與之前的研究如長期施肥農(nóng)田、內(nèi)蒙古鹽堿土以及青藏高原自然生態(tài)系統(tǒng)AM真菌群落結構類似［10，24-25］，說明這兩類AM真菌在很多生態(tài)環(huán)境中均占據(jù)重要地位。由于宿主范圍廣、適應性強，加之其可以通過菌絲或菌根片段侵染植物根系，球囊霉屬是許多生態(tài)系統(tǒng)的優(yōu)勢種群［26］。隨著毛竹種植時間的延長，毛竹單優(yōu)群落形成，球囊霉屬占比逐漸增加而無梗囊霉屬占比逐漸降低。Oehl 等［27］認為無梗囊霉屬真菌適應酸性環(huán)境，但在長期毛竹林種植過程中，土壤pH并沒有發(fā)生劇烈變化，而無梗囊霉屬豐度卻顯著下降，我們認為其原因可能是毛竹根系并非無梗囊霉屬AM真菌的理想宿主，無梗囊霉屬真菌更多地與林下其他灌木及草本形成共生體，當林下灌木及草本數(shù)量急劇降低時，其豐度也隨之降低。類似的原因也可以用來解釋類球囊霉屬（Paraglomus）、盾巨孢囊霉屬（Scutellospora）以及Sclerocystis屬相對豐度在毛竹長期種植過程中均顯著降低。本研究發(fā)現(xiàn)馬尾松林改造為毛竹后短期內(nèi)巨孢囊霉屬（Gigaspora）相對豐度顯著降低（p＜0.05），但長期種植后18 a毛竹林土壤巨孢囊霉屬相對豐度顯著高于馬尾松林和短期種植（5 a、9 a）毛竹林（p＜0.05）。其可能有兩方面的原因：一是與球囊霉屬的小孢子相比，巨孢囊霉屬真菌產(chǎn)生非常巨大的孢子，其在土壤干擾后重新侵染根系的速度相對較慢；二是與球囊霉屬真菌具有發(fā)達的菌絲網(wǎng)并能通過菌絲片段侵染根系不同，巨孢囊霉屬沒有強大的菌絲網(wǎng)絡，其主要依賴于孢子萌發(fā)侵染，這就需要較大的植物根系密度［28］。巨孢囊霉屬相對豐度的變化趨勢也說明，其對土地利用干擾的敏感程度高于其他AM真菌，當土地利用方式變更后，其需要更長的時間來恢復［29］。

除了地上植被外，土壤因子對AM真菌群落結構也有非常重要的影響。已有大量研究表明，土壤pH是AM真菌群落演變的主要影響因子［25，30］，但由于在長期的毛竹種植過程中，土壤pH沒有發(fā)生顯著變化，因此在毛竹林土壤中pH并不是AM真菌群落變化的關鍵影響因子。與de Beenhouwer等［25］結果類似，我們也發(fā)現(xiàn)土壤含水量、堿解氮及有效磷含量與AM真菌群落結構演變顯著相關。Hazard等［30］發(fā)現(xiàn)降雨量是AM真菌群落結構變異的重要驅動因子。之前的研究表明，土壤濕度對孢子群落結構有重要影響［31］。由于不同AM真菌種類對磷素利用效率以及磷脅迫忍耐性具有差異［32］，因此在土壤磷素變化過程中，AM真菌群落也隨著毛竹對磷素的需求變化而產(chǎn)生相應變化。土壤AM真菌群落與速效氮具有顯著相關性，同樣說明不同AM真菌幫助毛竹吸收土壤速效氮的功能具有差異，長期的毛竹種植過程中，具有較強的吸收土壤氮素能力的AM真菌逐漸與毛竹形成重要的共生體。

4 結 論

長期種植毛竹導致土壤養(yǎng)分整體呈下降趨勢，土壤球囊霉素及AM真菌生物量均顯著下降，其與土壤養(yǎng)分如有機質、堿解氮和速效鉀呈顯著正相關。與天然馬尾松林相比，長期種植毛竹顯著降低了土壤2～0.25 mm大團聚體百分含量，且大團聚體百分含量與AM真菌菌絲生物量呈顯著正相關。土壤AM真菌以球囊霉屬和無梗囊霉屬為主要優(yōu)勢屬，隨著毛竹種植時間的延長，球囊霉屬AM真菌相對豐度顯著增加而無梗囊霉屬顯著降低。長期種植毛竹改變了土壤AM真菌群落結構，與天然馬尾松林有明顯區(qū)分，土壤含水量、堿解氮及有效磷是土壤AM真菌群落結構變異的主要影響因子。

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Effects of Long-term Plantation of Phyllostachys edulis on Evolution of Arbuscular Mycorrihizal Fungus Community in Soil

NIU Limin1，2QIN Hua1，2?XU Qiufang1，2WU Qifeng3MIAO Jingjing1，2PENG Dingcong1，2
（1 School of Environmental and Resource Sciences，Zhejiang A & F University，Lin’an，Zhejiang 311300，China）
（2 Zhejiang Provincial Key Laboratory of Carbon Cycling in Forest Ecosystems and Carbon Sequestration，Lin’an，Zhejiang
311300，China）
（3 Agricultural Technology Extension Centre，Lin’an，Zhejiang 311300，China）

【Objective】Arbuscular mycorrhizal（AM）fungi are ubiquitous in the terrestrial ecosystem and capable of forming mutualistic relationships with most high plants，increase soil carbon sequestration via both direct and indirect pathways，and then play a key role in building up carbon storage in the forest ecosystem. However，little has been reported in the literature about variation of the AM fungus community in the soil under long-term plantation of moso bamboo（Phyllostachys edulis）. Hence，the primary concern of this study is to explore variation of soil AM fungus in biomass and community structure，and its key affecting factors in the soil under long-term planted moso bamboo forest.【Method】As the moso bamboo forests in this area were mostly converted from masson pine forests one by one in the past years，plots of moso bamboo stands different in plantation age（i.e. 5 a，9 a，15 a and 18 a，）for comparison with the plots of natural masson pine forest. Each plot（10×10 m）had three replicates and all the plots were laid out at least 10 m apart. Five sampling points were set randomly in each plot，and samples of topsoil（0～20 cm）were collected from the five sampling sites in each plot and thoroughly mixed up to make a single composite sample for each plot. The soil samples were analyzed for biomass and community structure of AM fungi using the phospholipid fatty acid（PLFA）method and the high-throughput sequencing based on the Illumina Miseq platform method，respectively. Glomalin-related soil protein（GRSP）was extracted with citrate solution and measured by spectrophotometer using boving serum albumin as standard. Soil water-stable aggregates were analyzed using the wet-sieving method.【Result】Results show that soil nutrients decreased in content with the moso bamboo plantation increasing in age. Moreover，the 18 year old plots were significantly lower than the 5 plots in both GRSP content and AM fungal biomass. Pearson correlation indicated that the content of easily extracted GRSP in the soil was positively related to organic C，available K，and available N（p＜0.05），and AM fungal hyphal biomass（16∶1ω5 PLFA）positively and significantly to available N（p＜0.01）. Fractionation of soil aggregates reveals that water-stable macroaggregates（2～0.25 mm in diameter）comprised the largest fraction of soil aggregates，varying in the range from 57.79% to 72.40% and long-term bamboo plantation reduced the fraction significantly. The percentage of macroaggregates was found positively and significantly related to the biomass of AM fungal hypha（p＜0.01）. Results of high-throughput sequencing indicate that Glomus dominated in the AM fungal community，followed by Acaulospora. In soils under longterm moso bamboo plantation soil Glomus increased in relative abundance while Acaulospora decreased significantly（p＜0.05）. Non-metric multidimensional scaling（NMDS）analysis demonstrates that the AM fungal communities in the soils under moso bamboo plantation varied sharply from those under masson pine plantation（p=0.001）and also significantly with age as was observed on the first axis of NMDS. When environmental variables were fitted onto NMDS ordination，AM fungal communities were found significantlyrelated to soil moisture（p=0.005）and available N（p=0.001），but marginally to available P（p=0.014）.【Conclusion】Long-term plantation of moso bamboo decreases AM fungal biomass，alters AM fungal community structure significantly and exhausts soil nutrients steadily. The changes in soil moisture，available P and available N contribute significantly to the variation of soil AM fungal communities. Long-term plantation of moso bamboo also decreases the content of GRSP，and the proportion of soil water-stable macroaggregates （0.25～2 mm）significantly，which poses a negative impact on soil carbon sequestration and hence stability of the ecosystem.

Arbuscular mycorrhizal fungi；Phyllostachys edulis；Community structure；Phospholipid fatty acids

S154

A

10.11766/trxb201611110479植導致毛竹林生產(chǎn)力逐漸下降、養(yǎng)分衰退、土壤微生物群落結構發(fā)生改變等［7］，從而影響毛竹林的生態(tài)經(jīng)濟效益及可持續(xù)發(fā)展。

（責任編輯：盧 萍）

* 國家自然科學基金項目（41671252、41271274）和浙江農(nóng)林大學農(nóng)林碳匯與生態(tài)環(huán)境修復研究中心預研基金項目（2013CB03）資助 Supported by the National Natural Science Foundation of China（Nos. 41671252，41271274）and the Foundation of Research Center for Agriculture and Forestry Carbon Sequestration and Environmental Remediation of Zhejiang A&F University（No. 2013CB03）

? 通訊作者 Corresponding author，E-mail：qinhua@zafu.edu.cn

牛利敏（1991—），女，內(nèi)蒙古清水河人，碩士研究生，主要從事土壤微生物生態(tài)研究。E-mail：niulm1991@163.com

2016-11-11；

2017-01-02；優(yōu)先數(shù)字出版日期（www.cnki.net）：2017-01-06

毛竹（Phyllostachys edulis）是我國分布最廣、面積最大和經(jīng)濟價值最高的竹種之一，占全國竹林面積70%左右，并且面積還在不斷擴大［1］。毛竹每年通過地下鞭根向周邊擴展，產(chǎn)生新的竹林，加上其較高的經(jīng)濟效益驅使一些地區(qū)將天然林改造為毛竹林，導致毛竹林范圍不斷擴張。毛竹林具有重要的生態(tài)作用，如保護森林資源、涵養(yǎng)水源、固碳增匯等［2］。作為重要的林業(yè)碳匯，其在緩解全球氣候變化方面也已經(jīng)引起廣泛的關注。李永夫等［3］研究表明，較高施肥量顯著增加毛竹林土壤水溶性碳含量；葉耿平等［4］研究發(fā)現(xiàn)，毛竹林土壤平均呼吸速率顯著高于闊葉林；徐秋芳和姜培坤［5］研究發(fā)現(xiàn)，毛竹林土壤易氧化有機碳顯著高于闊葉林、馬尾松林、杉木林。然而，也有大量研究表明，天然林改造成毛竹林后生物多樣性下降，植被群落結構會發(fā)生明顯的變化［6］；長期種