亞熱帶北緣次生闊葉林土壤性狀和菌根真菌多樣性隨坡位的變化

鄂曉偉，田野，李曉鳳，馬旭，徐葉寧

南京林業(yè)大學(xué)林學(xué)院/南京林業(yè)大學(xué)南方現(xiàn)代林業(yè)協(xié)同創(chuàng)新中心，江蘇 南京 210037

菌根是土壤真菌與植物根系在長(zhǎng)期演化過程中形成的具有特定結(jié)構(gòu)和功能的互利共生體（劉潤(rùn)進(jìn)等，2007），是自然生態(tài)系統(tǒng)中廣泛存在的共生現(xiàn)象。據(jù)估計(jì)，陸地生態(tài)系統(tǒng)中90%以上的植物根系都能形成菌根（Allen，1992）。菌根根據(jù)其共生方式可分為外生菌根、內(nèi)生菌根和內(nèi)外生菌根，而森林生態(tài)系統(tǒng)中通常以外生菌根類型占主導(dǎo)地位（Buee et al.，2005；Izzo et al.，2005）。森林生態(tài)系統(tǒng)中的許多木本植物的生長(zhǎng)和生存都依賴于菌根。菌根釋放的菌絲體作為寄主植物的主要營(yíng)養(yǎng)器官的延展，能顯著改善寄主植物對(duì)于水分和氮、磷等營(yíng)養(yǎng)元素的吸收（Grelet et al.，2009；Leake et al.，2004；Singh et al.，2007）。菌根真菌的存在也可以影響根際土壤的理化性質(zhì)，改變植物根際的微生物環(huán)境，最終影響寄主植物的生長(zhǎng)（吳克，2003）。因此，菌根真菌的侵染和共生是林木適應(yīng)瘠薄土壤條件和困難立地的有效方式。

菌根真菌在大多數(shù)生態(tài)系統(tǒng)中具有高度多樣性，其組成和多樣性的不同對(duì)寄主植物生長(zhǎng)的影響也可能表現(xiàn)出“多樣性效應(yīng)”（Hoeksema et al.，2010；Koide，2010）。雖然影響菌根真菌多樣性的機(jī)制仍然不清楚，但寄主植物特性以及土壤條件的差異可能對(duì)其具有關(guān)鍵性作用（Bruns，1995）。不同類型的菌根真菌利用土壤養(yǎng)分的能力不同，對(duì)非生物因子的適應(yīng)能力也有所不同，這些因素都可能影響真菌與林木的共生過程，導(dǎo)致菌根的結(jié)構(gòu)和功能表現(xiàn)出不同的差異。土壤養(yǎng)分及有機(jī)質(zhì)含量會(huì)影響土壤真菌的侵染率，如N、P含量過高時(shí)會(huì)降低菌根真菌侵染率（安秀娟等，2007；孫玥等，2007；王曉英等，2009；鐘思遠(yuǎn)等，2016）。

在山地生態(tài)系統(tǒng)中，坡位的差異會(huì)導(dǎo)致土壤的溫、濕度以及養(yǎng)分等條件產(chǎn)生差異，從而可能影響菌根真菌的侵染及其群落結(jié)構(gòu)特征。因此，把握菌根真菌的群落和種群結(jié)構(gòu)特征對(duì)理解這些共生真菌種群在山地不同坡位森林生態(tài)系統(tǒng)中所起的作用至關(guān)重要（Egger，1994；Dahlberg et al.，1995；Dahlberg，2001）。

目前有關(guān)菌根真菌方面的研究多側(cè)重于寒帶、溫帶和熱帶，對(duì)亞熱帶的研究則主要集中在人工林方面，對(duì)地帶性的闊葉林研究較少（Smith et al.，2008）。隨著我國(guó)天然林保護(hù)和退耕還林等林業(yè)重點(diǎn)工程的實(shí)施，亞熱帶地區(qū)地帶性次生闊葉林面積迅速增加。這些次生闊葉林多分布于土壤條件貧瘠、惡劣的山地，在其形成、恢復(fù)和演替過程中，與菌根真菌的共生可能是其適應(yīng)該種立地的關(guān)鍵，因此研究菌根真菌的特性隨自然立地條件的變化，在將來不斷擴(kuò)大的次生林管理方面有很大的參考價(jià)值。本研究以亞熱帶北緣丘陵山區(qū)處于不同坡位的天然恢復(fù)的次生闊葉林為研究對(duì)象，探討由于坡位不同所引起的自然立地條件變化對(duì)林木菌根真菌侵染及多樣性的影響，并分析菌根真菌侵染特征與土壤養(yǎng)分條件之間的關(guān)系，以期為次生闊葉林的經(jīng)營(yíng)管理提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究地概況

研究區(qū)位于江蘇省句容市南京林業(yè)大學(xué)下蜀林場(chǎng)的空青山（N31°59′，E119°14′），屬寧鎮(zhèn)山脈東段的低山丘陵區(qū)，最高海拔 322.6 m。該地區(qū)屬于亞熱帶季風(fēng)氣候區(qū)北緣，年均氣溫 15.2 ℃，年均降水量1005.6 mm。該區(qū)的地帶性植被為帶有常綠成分的落葉闊葉林，以殼斗科櫟屬落葉樹種為主，是北亞熱帶向暖溫帶過渡的植被類型。該地區(qū)的土壤為在石英砂巖和砂頁巖上發(fā)育而成的黃棕壤。

本研究以空青山東南坡面 1950年代初封山育林后恢復(fù)形成的次生落葉闊葉林為研究對(duì)象，林分群落保存完好。林分上層建群?jiǎn)棠疽月闄担≦uercus acutissima）和栓皮櫟（Q.variabilis）為主，含少量楓香（Liquidambar formosana）。小喬木和灌木層種類較多，主要包括短柄枹（Q.glandulifera）、白檀（Symplocos paniculata）、刺楸（Kalopanax septemlobus）、葉下珠（Phyllanthus urinaria）、杜鵑（Rhododendron simsii）、構(gòu)骨（Ilex cornuta）、絡(luò)石（Trachelospermum jasminoides）、菝葜（Smilax china）等。草本層較少，以麥冬（Ophiopogon japonicus）和少量蕨類植物為主。雖然山體海拔較低，但由于整體上為石質(zhì)山地，坡度較大，巖石出露較多，土層淺薄，石礫含量高，立地條件差，主林層的高度從下坡到上坡也下降明顯。本研究在次生闊葉林內(nèi)根據(jù)主林層的大致生長(zhǎng)情況，從上坡到下坡選擇3個(gè)調(diào)查樣區(qū)，用于調(diào)查土壤養(yǎng)分條件和菌根真菌侵染特征。調(diào)查樣區(qū)的基本情況見表1。

1.2 樣品采集及處理

于2016年7月在上、中、下3個(gè)坡位各隨機(jī)選擇3個(gè)10 m×10 m的重復(fù)取樣小區(qū)，在每個(gè)小區(qū)內(nèi)設(shè)置3個(gè)20 cm×20 cm的小樣方，剪除地表全部林下植被，去除地表枯枝落葉層后，將樣方內(nèi)0－20 cm土層的土壤與根系全部取出，用自封袋密封后，置于4 ℃冰盒內(nèi)低溫保存并帶回實(shí)驗(yàn)室，盡快將根系與土壤分離。新鮮土壤樣品過2 mm篩去除石礫，測(cè)定含水量后，取一部分保存在4 ℃冰箱內(nèi)，用于土壤無機(jī)氮含量和微生物生物量測(cè)定；另一部分樣品風(fēng)干，用于土壤pH值和有效磷含量以及土壤有機(jī)碳和全氮、全磷含量測(cè)定，其中土壤有機(jī)碳、全氮和全磷含量測(cè)定樣品需進(jìn)一步過0.1 mm篩。分離出的植物根系在靜水中將附著的土壤顆粒輕輕抖落，然后用純水潤(rùn)洗干凈后，用吸水紙吸干水分，一部分保存于4 ℃冰箱，用于菌根真菌的侵染狀況及菌根形態(tài)觀察；另一部分保存于-80 ℃冰箱內(nèi)，用于根系共生的菌根真菌DNA提取和后續(xù)的多樣性分析。

1.3 分析測(cè)定方法

1.3.1 土壤含水量及養(yǎng)分含量測(cè)定

土壤含水量采用烘干法測(cè)定。土壤pH值采用電極法測(cè)定，土水比為 1∶2.5（w/v）。土壤全氮、無機(jī)氮、全磷及有效磷含量的具體測(cè)定參照美國(guó)土壤學(xué)會(huì)的土壤分析測(cè)定方法（Sparks et al.，1996）。土壤全氮含量采用凱氏消煮-靛酚藍(lán)比色法測(cè)定。土壤全磷含量采用濃硫酸-高氯酸消煮-鉬銻抗比色法測(cè)定。使用 2 mol·L-1KCl溶液浸提（w/v=1∶5，180 r，1 h）土壤，采用靛酚藍(lán)比色法測(cè)定NH4+-N含量，雙波段紫外分光光度法測(cè)定NO3--N含量。土壤有效磷含量采用 0.5 mol·L-1NaHCO3（pH=8.5）浸提（w/v=1∶20，180 r，30 min）-鉬銻抗比色法測(cè)定。土壤有機(jī)碳含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定。土壤微生物生物量采用氯仿熏蒸抽提法進(jìn)行提取（Tian et al.，2008），微生物生物量碳（MBC）含量采用重鉻酸鉀氧化-外加熱法測(cè)定，微生物生物量氮（MBN）含量采用茚三酮顯色法測(cè)定。

表1 調(diào)查樣區(qū)基本情況表Table 1 Basic information of the investigation forests in different slope positions

1.3.2 外生菌根侵染率測(cè)定及形態(tài)觀測(cè)

本研究?jī)H針對(duì)外生菌根進(jìn)行了侵染率和形態(tài)觀測(cè)。參照劉潤(rùn)進(jìn)等（2007）的描述從形態(tài)方面對(duì)根尖菌根真菌侵染和形態(tài)進(jìn)行了觀察，凡是能夠觀察到根尖明顯膨大，有菌絲套覆蓋，或有外延菌絲，則表明根尖已經(jīng)被侵染。將洗凈的細(xì)根樣品置于70%的乙醇中浸泡固定，測(cè)定時(shí)從中隨機(jī)取一定量的完整活根在40倍體視顯微鏡（MOTIC SMZ-140 SERIES）下進(jìn)行鏡檢和拍照，分別判斷和記錄每個(gè)視野的根尖總數(shù)量及被菌根侵染的根尖數(shù)量。整個(gè)觀察過程，上坡采集了593個(gè)視野共1928個(gè)根尖，中坡采集了432個(gè)視野共1616個(gè)根尖，下坡采集了227個(gè)視野共1550個(gè)根尖。

1.3.3 菌根真菌多樣性分析

菌根真菌的多樣性采用 PCR-變性梯度凝膠電泳（PCR-DGGE）法進(jìn)行分析。將于-80 ℃保存的根系樣品采用液氮進(jìn)行研磨后，利用試劑盒（MOBIO PowerSoil DNA isolation kit）提取與細(xì)根共生的菌根真菌總DNA，提取方法按照試劑盒使用說明進(jìn)行操作。

選用真菌18S rDNA基因特異性引物對(duì)GCFung（5′-CGCCCGCCGCGCCCCGCGCCCGGCCCGCCG CCCCCGCCCCATTCCCCGTTACCCGTTG-3′） 和NS1（5′-GTAGTCATATGCTTGTCTC-3′）對(duì)提取的菌根真菌總 DNA進(jìn)行 PCR擴(kuò)增（SCILOGEX TC1000-G，America）。50 μL PCR擴(kuò)增反應(yīng)體系為：2 μL Template DNA；1 μL Primer F；1 μL Primer R；25 μL Premix Taq 酶；21 μL ddH2O。擴(kuò)增反應(yīng)條件為：94 ℃ 30 s，47 ℃ 45 s，72 ℃ 1 min，35個(gè)循環(huán)。

采用Bio-Rad公司的DcodeTM基因突變檢測(cè)系統(tǒng)對(duì)PCR擴(kuò)增產(chǎn)物進(jìn)行DGGE分析。聚丙烯酰胺凝膠濃度為 6%，變性劑濃度梯度范圍為 30%－60%。電泳運(yùn)行條件：1×TAE電泳緩沖液，75 V電壓，60 ℃電泳溫度，電泳時(shí)間16 h。

電泳結(jié)束后對(duì)凝膠進(jìn)行銀染，采用Bio-Rad全自動(dòng)紫外凝膠成像系統(tǒng)進(jìn)行觀測(cè)并拍照，獲得菌根真菌的DGGE條帶圖譜。使用Quantity One軟件（Version 4.5，Bio-Rad，USA）對(duì)條帶圖譜去噪后，確定每個(gè)樣品的條帶數(shù)量和每個(gè)條帶的相對(duì)亮度峰值，并計(jì)算菌根真菌的群落多樣性指數(shù)。

1.4 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

菌根侵染率=侵染根尖數(shù)／鏡檢總根尖數(shù)×100%。

根據(jù)Quantity one軟件的測(cè)定結(jié)果計(jì)算菌根真菌基于基因型的群落多樣性指數(shù)，包括Shannon-Weiner多樣性指數(shù)（Shannon-Weiner diversity index，H′）、Simpson 指數(shù)（Simpson diversity index，D）、豐富度指數(shù)（Richness index，S）、Pielou均勻度指數(shù)（Pielou evenness index，J）。各指數(shù)的計(jì)算方式如下：

式中，Pi為第i個(gè)DGGE條帶出現(xiàn)概率；Ni為第i個(gè)DGGE條帶的擴(kuò)增量；N為土壤微生物群落中DNA的DGGE條帶擴(kuò)增總量（N=∑Ni）；S為樣品全部真菌種類數(shù)（條帶數(shù)）。

運(yùn)用Microsoft Excel 2013對(duì)各樣地的土壤養(yǎng)分指標(biāo)以及菌根侵染率進(jìn)行計(jì)算、處理和繪圖；SPSS 19.0對(duì)各指標(biāo)進(jìn)行單因素方差分析（One-way ANOVA）和多重比較（Duncan）；quantity one 軟件分析凝膠電泳圖譜。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同坡位土壤特性比較

2.1.1 土壤含水量、pH值及養(yǎng)分含量

不同坡位林地土壤含水量、pH值及養(yǎng)分含量見表 2。不同坡位林分土壤的含水量范圍在 25.1%－29.8%之間，隨坡位下降略有升高，但差異不顯著（P=0.39）。不同坡位林地土壤均呈明顯的酸性，pH值范圍在 3.8－4.1之間，隨著坡位下降略有上升，也不存在顯著差異（P=0.14）。不同坡位林地土壤有機(jī)碳含量為 23.6－35.2 g·kg-1，隨著坡位下降含量升高，其中上坡的有機(jī)碳含量顯著低于中、下坡（P=0.03）。不同坡位林地土壤全氮和全磷含量變化規(guī)律相似，均為上坡＜下坡＜中坡，上坡位土

表2 不同坡位林地土壤理化性質(zhì)Table 2 Physical and chemical properties of forest soils in different slope positions

壤全氮、全磷含量顯著低于中坡位，而下坡位與上、中坡位沒有顯著差異（P＜0.05）。土壤無機(jī)氮含量以中坡最高，達(dá) 38.6 mg·kg-1，顯著高于上坡和下坡（P=0.01）。各坡位土壤無機(jī)氮以硝態(tài)氮為主，占 56.7%－75.4%。土壤硝態(tài)氮含量以上坡最低（14.3 mg·kg-1），顯著低于中坡和下坡（P=0.01）；上坡和中坡的土壤銨態(tài)氮含量略高于下坡，但差異不顯著（P=0.10）。土壤有效磷含量范圍在 8.9－10 mg·kg-1之間，上坡和下坡略高于中坡，差異不顯著（P=0.39）。

2.1.2 土壤微生物生物量碳、氮含量

不同坡位林地土壤微生物生物量碳、氮含量變化見圖 1。不同坡位林地的土壤微生物生物量碳含量存在差異，以下坡最高，達(dá)718 mg·kg-1，顯著高于上坡和中坡（P=0.05）。不同坡位土壤微生物生物量氮含量表現(xiàn)為上坡＜中坡＜下坡，在不同坡位間差異不顯著，含量在 192.7－229.4 mg·kg-1之間（P=0.17）。上、中、下坡位林地土壤微生物生物量C/N比范圍為 2.5－3.1，中坡顯著低于上、下坡（P=0.04）。

2.2 菌根真菌的侵染率和形態(tài)特征

上、中、下坡林地林木細(xì)根的菌根真菌侵染率見圖 2。不同坡位間菌根真菌的侵染率差異顯著（P=0.04），呈現(xiàn)出從上坡向下坡顯著下降的趨勢(shì)。上坡的菌根真菌侵染率達(dá)到92.1%，中坡的菌根真菌侵染率有所下降，為84.7%。而下坡的侵染率最低，僅為74.6%。

不同坡位林分菌根的形態(tài)略有差異，但并不明顯。上坡林分中的菌根形態(tài)多表現(xiàn)為黃色至暗紅色（圖3A），膨大，光滑，無外延菌絲；部分表現(xiàn)為棕色至黑色，具有外延菌絲（圖3B）；還有部分為白色并具疏松菌鞘（圖3C）。中坡絕大多數(shù)菌根表現(xiàn)為黃色至暗紅色，膨大，光滑，無外延菌絲（圖3D－F）。下坡與中坡相似（圖 3G－I），菌根侵染較少，且形態(tài)變化不大，多為簇狀。

2.3 菌根真菌的群落多樣性

圖1 不同坡位林地土壤的微生物生物量碳、氮含量及碳氮比Fig. 1 Microbial biomass carbon and nitrogen content and C/N ratio of forest soils in different slope positions

不同坡位林木菌根真菌的 DGGE電泳圖譜及泳道識(shí)別圖如圖4所示，泳道識(shí)別圖以7號(hào)泳道為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，泳道條帶按照與 7號(hào)泳道條帶相似度大小排列，百分?jǐn)?shù)越大，條帶之間相似性越高，說明它們之間的真菌群落結(jié)構(gòu)相似程度較高。泳道中的條帶粗細(xì)不一，條帶比較粗黑則表示真菌群落密度較大。各個(gè)坡位可檢測(cè)的條帶數(shù)量為10－20條，其中上坡的條帶數(shù)量明顯高于中、下坡。圖中的特異性條帶表明不同坡位土壤間菌根真菌群落結(jié)構(gòu)有差異，其中以上坡和中坡的特異性條帶較多。

圖2 不同坡位林地土壤的菌根真菌侵染率Fig. 2 Mycorrhizal fungal infection ratio of forest soils in different slope positions

基于 DGGE電泳圖譜所計(jì)算出來的不同坡位林分細(xì)根菌根菌群落的多樣性指數(shù)見表 3。不同坡位菌根真菌群落的 Shannon-Wiener指數(shù)（H'）、Simpson指數(shù)（D）和豐富度指數(shù)（E）差異顯著，表現(xiàn)為上坡＞中坡＞下坡（P＜0.05）。而各坡位土壤菌根真菌群落的均勻度指數(shù)（J）沒有顯著差異，整體上隨著坡位降低而略有下降。總體而言，上坡的菌根真菌種群具有更加豐富的多樣性。

2.4 菌根真菌侵染率、多樣性和土壤理化性狀的關(guān)系

對(duì)菌根真菌侵染率及多樣性指數(shù)與土壤性狀進(jìn)行相關(guān)性分析，結(jié)果（表 4）表明，不同坡位林地菌根真菌侵染率與土壤有機(jī)碳、硝態(tài)氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)，但與其他土壤養(yǎng)分因子相關(guān)性不明顯。菌根真菌Shannon-Wiener指數(shù)與土壤pH、有機(jī)碳含量和硝態(tài)氮含量均呈顯著負(fù)相關(guān)，與土壤銨態(tài)氮含量呈顯著正相關(guān)；Simpson指數(shù)與土壤有機(jī)碳含量呈極顯著負(fù)相關(guān)；豐富度指數(shù)與土壤含水量、有機(jī)碳含量、有效磷含量和微生物生物量氮含量呈顯著負(fù)相關(guān)。

圖3 上、中、下坡林分細(xì)根的代表性菌根形態(tài)Fig. 3 Representative mycorrhizal morphology of fine roots in upper， middle and lower slopes

圖4 不同坡位林分菌根真菌DGGE電泳圖譜及泳道識(shí)別圖Fig. 4 DGGE bands and lane maps of mycorrhizal fungi in different slopes

表3 不同坡位林地土壤菌根菌群落DGGE群落多樣性指數(shù)Table 3 Diversity indexes of soil mycorrhizal community in different slopes based on DGGE analysis

表4 菌根侵染率、多樣性指數(shù)與土壤理化性質(zhì)的相關(guān)性Table 4 Correlation of mycorrhizal infection ratio， diversity index and soil physical and chemical properties

此外，從圖5可以進(jìn)一步看出，不同坡位的林地土壤中，隨著土壤有機(jī)碳含量的增大，菌根真菌的侵染率、Shannon-Wiener指數(shù)和豐富度指數(shù)均顯著地線性下降，其中侵染率和豐富度指數(shù)的下降幅度極為明顯。而從圖6可以看出，土壤硝態(tài)氮含量是決定菌根侵染率和菌根真菌 Shannon-Wiener指數(shù)的另一重要影響因子，隨土壤硝態(tài)氮含量的升高，菌根真菌侵染率和Shannon-Wiener指數(shù)也均呈現(xiàn)顯著的線性下降趨勢(shì)。另外，菌根真菌的豐富度指數(shù)還隨著土壤微生物生物量氮含量的增大呈現(xiàn)顯著的線性下降（圖7）。

3 討論

本研究通過對(duì)亞熱帶北緣丘陵山區(qū)處于不同坡位的天然恢復(fù)的次生闊葉林所進(jìn)行的調(diào)查和研究結(jié)果表明，坡位對(duì)林地土壤的理化特性產(chǎn)生了一定的影響。隨著坡位的上升，林地土壤的含水率及pH有所下降，上坡林地土壤的硝態(tài)氮、有機(jī)質(zhì)、和全氮含量均顯著低于中、下坡位，土壤無機(jī)氮和全磷含量也表現(xiàn)為上坡低于下坡，總體上隨著坡位的上升，立地條件顯著下降。這一結(jié)果與前人的研究結(jié)果基本一致（侯曉麗等，2013；韋建宏等，2017；張順平，2014）。不同坡位由于雨水沖刷程度、水分下滲、蒸騰蒸發(fā)、溫度變化以及養(yǎng)分分解和淋溶等方面的作用和效果不同產(chǎn)生一定的生活因子再分配作用，是造成其土壤水分和養(yǎng)分差異的主要原因（李奕等，2014；薛立等，2011）。本研究區(qū)多雨和濕潤(rùn)的氣候，雨水長(zhǎng)期的沖刷和下滲作用將上坡的許多礦物風(fēng)化產(chǎn)物、以及凋落物及其分解產(chǎn)物向下坡方向不斷淋洗和遷移，此外，由于下坡具有更好的水熱條件，凋落物的分解速度更快，因此，下坡具有更好的養(yǎng)分和水分條件。與此相對(duì)應(yīng)，上坡土壤微生物生物量碳的含量顯著低于下坡，且土壤微生物生物量氮的含量也隨坡位上升呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)。土壤微生物對(duì)環(huán)境十分敏感，受到氣候條件、土壤質(zhì)地、土壤養(yǎng)分含量等諸多綜合因素的影響（成毅等，2010）。但從土壤微生物生物量C/N比來看，本研究林地土壤微生物生物量C/N比在不同坡位并不存在差異，均在3左右，表明該區(qū)域次生闊葉林中進(jìn)行凋落物分解的土壤微生物以細(xì)菌占優(yōu)勢(shì)，凋落物質(zhì)量和分解情況總體較好。

圖5 菌根真菌侵染率及多樣性指數(shù)與土壤有機(jī)碳含量關(guān)系Fig. 5 Relationship between infection ratio and diversity indexes of mycorrhizal fungi with soil organic carbon content

圖6 菌根真菌侵染率及Shannon-Wiener多樣性指數(shù)與土壤硝態(tài)氮含量關(guān)系Fig. 6 Relationship between infection ratio and Shannon-Wiener index of mycorrhizal fungi with soil nitrate nitrogen content

圖7 菌根真菌豐富度指數(shù)與土壤MBN含量關(guān)系Fig. 7 Relationship between richness index of mycorrhizal fungi with soil microbial biomass nitrogen content

本調(diào)查地不同坡位的菌根真菌侵染率與菌根真菌群落多樣性變化規(guī)律相似，林地上坡菌根侵染率和Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、豐富度指數(shù)均顯著大于中坡和下坡。宋福強(qiáng)等（2006）針對(duì)亞高山地區(qū)森林的研究表明，坡度較小的林地菌根侵染率低于坡度較大的林地。本研究涉及的3個(gè)調(diào)查林地整體上從上坡往下坡坡度明顯減?。ū?），在菌根侵染率方面的研究結(jié)果與宋福強(qiáng)等（2006）的結(jié)果一致。大量的研究表明，物種的數(shù)量和分布均勻程度能夠比較全面地反映物種的群落分布（劉林馨等，2018）。本研究中，上坡菌根真菌的Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)、豐富度指數(shù)最大，與上坡菌根真菌侵染率最高相對(duì)應(yīng)。說明上坡菌根真菌群落最豐富，林木根系受到的侵染程度更高。林木菌根真菌的侵染狀況取決于宿主植物和菌根種類的的生物學(xué)特性以及土壤因子、水分和溫度等綜合因素的共同影響（孫婧玨，2012；韋莉莉等，2016；吳勇等，2013）。本研究針對(duì)次生闊葉林所進(jìn)行的研究結(jié)果表明，與中、下坡相比，上坡受養(yǎng)分淋溶、沖刷等的影響，林地土壤的有機(jī)碳以及氮素相對(duì)缺乏，土壤肥力較低，而與之相對(duì)應(yīng)，上坡的菌根真菌侵染率以及真菌的多樣性均顯著高于中、下坡，說明土壤有機(jī)質(zhì)以及氮素的供應(yīng)程度的高低在一定程度上可能成為林木與菌根真菌共生的重要誘因。從林木可以直接吸收利用的無機(jī)氮組分來看，硝態(tài)氮含量總體上與菌根真菌的侵染率以及多樣性呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)關(guān)系（圖 6）。與銨態(tài)氮相比，硝態(tài)氮在土壤中移動(dòng)能力強(qiáng)，對(duì)林木而言可利用程度更高（陳永亮等，2014；宋海星等，2005）。土壤硝化過程主要受土壤氮礦化水平和銨態(tài)氮供應(yīng)的影響（Reynold et al.，2010；Smiciklas et al.，1992），此外，參與硝化作用的專性微生物對(duì)環(huán)境有相對(duì)較高的要求（Van et al.，2010）。本研究地上坡相對(duì)較差的土壤環(huán)境以及較低的土壤有機(jī)碳、氮含量在一定程度上可能限制了土壤氮的礦化過程以及銨態(tài)氮的生成，從而抑制了硝化微生物的活性以及硝化作用；另一方面，雨水的淋洗作用也容易導(dǎo)致土壤硝態(tài)氮從上坡向中、下坡的流失，從而導(dǎo)致上坡林木土壤硝態(tài)氮的供應(yīng)顯著降低，從而促進(jìn)了林木與菌根真菌在更大程度上的共生，并相應(yīng)提高了菌根真菌的多樣性，通過多樣化的菌根真菌的菌絲擴(kuò)張?jiān)鰪?qiáng)對(duì)養(yǎng)分的吸收能力，維持林木的正常生長(zhǎng)。從這一層面看，土壤硝態(tài)氮的供應(yīng)水平可能是決定菌根真菌共生更為重要的因子。

本研究林地土壤微生物生物量氮含量與菌根真菌的豐富度呈現(xiàn)顯著的負(fù)相關(guān)（圖 7）。上坡較低的土壤微生物生物量氮含量以及與下坡基本一致的MBC/MBN（圖1）進(jìn)一步表明了上坡土壤氮的缺乏，需要有更多樣而豐富的菌根真菌的共生來維持上坡林木的養(yǎng)分需求。此外，上坡較低的土壤MBN含量在一定程度上也表明土壤微生物區(qū)系與中、下坡相比在向較低氮素需求的群體轉(zhuǎn)變，這一轉(zhuǎn)變有可能會(huì)進(jìn)一步影響土壤氮素的轉(zhuǎn)化過程和供應(yīng)，因此，將來還需要針對(duì)土壤微生物區(qū)系的變化進(jìn)行相應(yīng)研究，從而深入全面地把握坡位對(duì)立地條件的影響，為次生闊葉林的自然恢復(fù)以及生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)管理提供進(jìn)一步的數(shù)據(jù)支撐。

4 結(jié)論

亞熱帶北緣丘陵山區(qū)次生闊葉林天然恢復(fù)過程中，坡位對(duì)林地土壤的養(yǎng)分含量和分布存在一定影響，并決定了不同坡位林木的菌根侵染特征。上坡土壤有機(jī)碳含量、全氮含量以及硝態(tài)氮含量顯著低于中、下坡，其他養(yǎng)分含量在不同坡位之間差異不顯著，但基本上均隨坡位上升而下降。土壤微生物生物量碳、氮含量也均以下坡最高，能夠有效反映林地地力隨坡位的變化。該地區(qū)不同坡位的次生闊葉林均存在較高的菌根真菌侵染率（74.6%－92.1%），但與土壤養(yǎng)分和微生物生物量的變化規(guī)律相反，上坡的侵染率顯著高于中、下坡。菌根真菌的多樣性與其侵染率的變化規(guī)律相似，Shannon-Wiener指數(shù)、Simpson指數(shù)和豐富度指數(shù)均為上坡大于中、下坡。土壤有機(jī)碳、全氮以及硝態(tài)氮的含量是該地區(qū)次生闊葉林菌根真菌侵染和多樣性形成的重要決定性因子。