桂西北石漠化區(qū)不同植被恢復(fù)類型對土壤理化性質(zhì)、酶活與真菌群落多樣性的影響

高 風(fēng),文仕知,韋鑠星,歐漢彪,王智慧

(1.中南林業(yè)科技大學(xué) 林學(xué)院,湖南 長沙 410004; 2.廣西壯族自治區(qū)林業(yè)科學(xué)研究院 國家林業(yè)和草原局中南速生材繁育實驗室,廣西優(yōu)良用材林資源培育重點實驗室,廣西 南寧 530002)

喀斯特地區(qū)的石漠化問題是全球范圍內(nèi)的重大生態(tài)、經(jīng)濟(jì)和環(huán)境問題[1]。我國是世界上喀斯特面積最大、分布最廣的國家?，F(xiàn)階段,我國喀斯特地區(qū)的經(jīng)濟(jì)水平仍然相對落后,貧困人口相對集中,人地矛盾非常突出,掠奪性的山地植被破壞活動時有發(fā)生,導(dǎo)致土壤侵蝕作用加劇,進(jìn)而降低水分、養(yǎng)分的調(diào)蓄能力[2]。選擇合適有效的治理方式實現(xiàn)植被恢復(fù)已成為我國南方喀斯特石漠化治理的重點工作之一。

土壤酶是土壤生物化學(xué)過程的主要參與者,參與生態(tài)系統(tǒng)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化和養(yǎng)分循環(huán)過程[3],能靈敏地反映不同土地利用方式下生物化學(xué)過程的方向和強(qiáng)度[4],可以體現(xiàn)土壤生物化學(xué)過程對土壤理化性質(zhì)和土壤生物群落的響應(yīng)[5]。吳麗芳等[6]研究發(fā)現(xiàn),重度石漠化土壤的脲酶、脫氫酶活性最高;中度石漠化土壤的酸性磷酸酶活性最高,淀粉酶、脲酶活性最低;輕度石漠化土壤的酸性磷酸酶活性最低。潘復(fù)靜等[7]對喀斯特地區(qū)不同恢復(fù)階段植物根際土的研究發(fā)現(xiàn),土壤養(yǎng)分與酶活性之間多呈顯著正相關(guān)。

土壤微生物是土壤生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分,參與多種生化反應(yīng)過程,在物質(zhì)循環(huán)和能量流動過程中具有關(guān)鍵性作用,是化學(xué)循環(huán)的推動者[8]。真菌作為生態(tài)系統(tǒng)中的主要微生物類群之一,其物種組成、功能性狀與環(huán)境間的相互作用機(jī)制不容忽視。真菌喜好酸性環(huán)境,而喀斯特森林土壤的pH值通常較其他地區(qū)高[9],因此其真菌數(shù)量、種類明顯少于其他地區(qū)[10]。真菌在受到環(huán)境影響的同時,也反作用于環(huán)境,它廣泛地參與纖維素、木質(zhì)素等的分解,還可以與植物根系共生形成菌根,二者的關(guān)系十分密切。

雖然學(xué)界已就喀斯特生態(tài)系統(tǒng)土壤真菌多樣性開展了大量研究,但大多集中于群落結(jié)構(gòu)、植被演替等方面:陳惠君等[11]對喀斯特峰叢洼地不同森林類型土壤真菌的研究發(fā)現(xiàn),土壤真菌與土壤理化因子顯著相關(guān);曾慶飛等[12]對石漠化地區(qū)不同植被演替階段的研究發(fā)現(xiàn),石漠化程度越輕,土壤中真菌類群的遺傳多樣性越優(yōu)。目前,針對喀斯特地區(qū)不同植被恢復(fù)模式下土壤真菌群落多樣性變化的研究甚少,人們對其土壤養(yǎng)分、酶活性與土壤真菌間的相互關(guān)系知之甚少。為此,本文擬就喀斯特地區(qū)不同植被恢復(fù)模式下土壤真菌群落多樣性的差異及其與土壤養(yǎng)分的關(guān)系進(jìn)行探究,研究成果可為該地區(qū)的生態(tài)恢復(fù)和綜合治理提供理論依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于中國科學(xué)院環(huán)江喀斯特生態(tài)系統(tǒng)觀測研究站,地處桂西北河池市環(huán)江毛南族自治縣大才鄉(xiāng),整體地貌為低山丘陵,是典型的喀斯特峰叢洼地,海拔272.0～647.2 m,60%的坡地坡度大于25°。受砍伐、樵采、墾殖、火燒等人為活動干擾,當(dāng)?shù)刂脖辉馐艽竺娣e的破壞,自1984年起,經(jīng)過20多年的自然恢復(fù),至2006年本試驗開始時當(dāng)?shù)刂脖惶幱诓輩埠筒莨嚯A段。

試驗區(qū)屬中亞熱帶季風(fēng)氣候,年均氣溫19.9 ℃,極端最低溫-5.2 ℃,極端高溫38.7 ℃,全年無霜期300～330 d,≥10 ℃積溫為5 500～6 530 ℃,年均日照1 600～1 800 h,平均太陽總輻射量413.8 kJ·cm-2,年均降水量1 389.1 mm,降水豐富,但季節(jié)分布不均,雨季降水量占全年降水量的70%以上,多年平均相對濕度82%。土壤由白云巖發(fā)育而來,為深色或棕色石灰土,洼地基巖裸露面積占15%,土層較薄,一般在10～50 cm。地表多覆蓋碎石(粒徑>2 mm),表土碎石體積含量可達(dá)10%～40%,土壤質(zhì)地為黏土和黏壤土。

1.2 植被特征

研究區(qū)植被是人工干擾封育后恢復(fù)的次生林,共有維管束植物91科206屬241種,其中:蕨類植物門有15科19種;種子植物門下有裸子植物亞門2科2種,有被子植物亞門雙子葉植物綱63科173種、單子葉植物綱11科47種,屬種數(shù)量占優(yōu)勢的科為大戟科(18種)、菊科(16種)和禾本科(18種),其他科內(nèi)屬種數(shù)量不少于5的有防己科(5種)、薔薇科(8種)、碟形花科(7種)、桑科(6種)、鼠李科(5種)、蕓香科(5種)、茜草科(5種)、馬鞭草科(6種)、百合科(5種)和莎草科(9種),以上13個科共計有植物113種,占全部種數(shù)的46.9%。

依據(jù)植物生長型分類系統(tǒng),目前人為干擾區(qū)內(nèi)共有草本植物107種、灌木73種、藤本29種、小喬木至喬木32種。常見的植物有30多種,其中,圓葉烏桕(SapiumrotundifoliumHemsl.)、華南皂英[Gleditsiafera(Lour.) Merr.]、黃荊(VitexnegundoL.)、構(gòu)[Broussonetiapapyrifera(Linn.) L’Hér. ex Vent.]、任豆(ZeniainsignisChun)、紅背山麻稈[Alchorneatrewioides(Benth.) Muell. Arg.]、鹽麩木(RhuschinensisMill.)、銀合歡[Leucaenaleucocephala(Lam.) de Wit]、竹葉花椒(ZanthoxylumarmatumDC.)、八角楓[Alangiumchinense(Lour.) Harms]、漿果楝[Cipadessabaccifera(Roth.) Miq.]、火棘[Pyracanthafortuneana(Maxim.) Li]、金櫻子(RosalaevigataMichx.)、白茅[Imperatacylindrica(L.) Beauv.]、蔓生莠竹[Microstegiumfasciculatum(Linnaeus) Henrard]、鬼針草(BidenspilosaL.)等是該區(qū)域植被群落的主要建群種或共建種,大部分為陽性先鋒物種,但由于干擾強(qiáng)度大,退化嚴(yán)重。

1.3 樣地設(shè)置

于2006年底,在一面東南向山坡中下部修建了4個大型植被恢復(fù)試驗小區(qū)(24°44′～24°45′N,108°19′～108°20′E),分別為自然封育林(ENF)、落葉闊葉林(DF)、落葉常綠闊葉混交林(EDF)和常綠闊葉林(EF)。其中,ENF的處理方式為保留原始植被,作為對照;DF的處理方式為在原始植被上挖坑,種植落葉喬木;EDF的處理方式為在原始植被上挖坑,種植常綠與落葉喬木;EF的處理方式為在原始植被上挖坑,種植常綠喬木。將各小區(qū)的基本情況整理于表1。在每個試驗小區(qū)內(nèi)選擇代表性地帶設(shè)置3個20 m×20 m的固定監(jiān)測樣地[13]。

表1 樣地基本概況

1.4 樣品采集

在各檢測樣地內(nèi)使用事先消毒的滅菌直徑1 cm的土鉆采集0～20 cm的表層土,每個樣地按“S”形布設(shè)18個取樣點,取回的樣品混合均勻并去雜,分成3份:一份過2 mm的篩后,于4 ℃冰箱保存,用于測定土壤酶活性;一份自然風(fēng)干、去雜、過2 mm的篩后,用于土壤理化性質(zhì)測定;另一份按4分法取1份放入2根已滅菌的離心管中,置于液氮中保存,帶回實驗室,保存于-80 ℃的冷凍柜中,用于土壤微生物高通量測序。

1.5 指標(biāo)測定

參照文獻(xiàn)[14-15]:采用玻璃電極法測定土壤pH值,采用硫酸-重鉻酸鉀氧化法測定土壤有機(jī)碳含量,采用凱氏定氮法測定土壤全氮含量,采用NaOH水解擴(kuò)散法測定土壤速效氮含量,采用鉬藍(lán)比色法測定土壤速效磷含量,采用火焰光度法測定土壤速效鉀含量。

分別采用磷酸苯二鈉比色法、高錳酸鉀滴定法、苯酚鈉次氯酸鈉比色法、3,5-二硝基水楊酸比色法測定土壤堿性磷酸酶、過氧化氫酶、脲酶、蔗糖酶活性[16]。

基于Illumina Novaseq 6000測序平臺構(gòu)建土壤真菌的小片段文庫并進(jìn)行測序。簡述如下:將處理好的土樣用TGuide S96磁珠法土壤/糞便基因組DNA提取試劑盒[天根生化科技(北京)有限公司]提取基因組DNA。根據(jù)檢測報告中PCR預(yù)擴(kuò)增結(jié)果選擇擴(kuò)增條件,并以稀釋后的DNA為模板進(jìn)行擴(kuò)增,真菌的擴(kuò)增引物為ITS1F(5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′)和ITS2(5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3)。使用MiSeq Reagent Kit v3試劑盒(美國Illumina)構(gòu)建Illumina文庫。用QIAquick Gel Extraction Kit試劑盒(德國QIAGEN,)純化PCR產(chǎn)物,在Illumina MiSeq PE300平臺(美國Illumina)上進(jìn)行高通量雙端測序。

1.6 數(shù)據(jù)處理

采用Excel 2019軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入與整理。采用SPSS version 22.0統(tǒng)計軟件進(jìn)行方差分析,對有顯著(P<0.05)差異的,采用Tukey-HSD檢驗進(jìn)行多重比較。采用FUNGuild v1.0軟件對土壤真菌群落功能進(jìn)行預(yù)測分析,用R 4.0.0軟件進(jìn)行主坐標(biāo)分析、相關(guān)性分析。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同植被恢復(fù)類型的土壤養(yǎng)分

DF和EDF的土壤有機(jī)碳含量顯著(P<0.05)高于EF和ENF(表2)。DF、EDF和EF的全氮含量無顯著差異,均顯著高于ENF。土壤速效鉀含量由高到低依次為DF>ENF>EDF>EF,4種植被恢復(fù)類型間均差異顯著。土壤速效氮含量由高到低依次為DF>EDF>ENF>EF,且均差異顯著。土壤速效磷含量由高到低依次為EDF>DF>EF>ENF,且均差異顯著。不同植被恢復(fù)類型的土壤pH值在6.59～7.72,DF和ENF的土壤pH值顯著高于EDF和EF。

表2 不同植被恢復(fù)類型下土壤的基本理化性質(zhì)

2.2 不同植被恢復(fù)類型的土壤酶活性

不同植被恢復(fù)模式下,土壤過氧化氫酶活性無顯著差異(圖1)。與對照(ENF)相比,EDF、DF和EF處理的土壤蔗糖酶活性顯著升高;此外,DF和EDF處理顯著提高了土壤脲酶和堿性磷酸酶的活性。

CAT,過氧化氫酶;SAC,蔗糖酶;URE,脲酶;ALP,堿性磷酸酶。ENF,自然封育林;DF,落葉闊葉林;EDF,落葉常綠闊葉混交林;EF,常綠闊葉林。下同。柱上無相同字母的表示差異顯著(P<0.05)。CAT, Catalase; SAC, Saccharase; URE, Urease; ALP, Alkaline phosphatase. ENF, Enclosure forest; DF, Deciduous broad-leaved forest; EDF, Evergreen deciduous broad-leaved forest; EF, Evergreen broad-leaved forest. The same as below. Bars marked without the same letters indicate significant difference at P<0.05.圖1 不同植被恢復(fù)類型下的土壤酶活性Fig.1 Soil enzymes activities under vegetation restoration models

2.3 不同植被恢復(fù)類型的土壤真菌多樣性

2.3.1 土壤真菌群落物種組成

將各植被恢復(fù)類型下門水平上土壤真菌相對豐度排名前10的繪制于圖2。將相對豐度大于10%的真菌菌落定義為優(yōu)勢菌落,將相對豐度大于1%、小于10%的真菌菌落定義為亞優(yōu)勢菌落,將優(yōu)勢菌落與亞優(yōu)勢菌落統(tǒng)稱為主導(dǎo)菌落。根據(jù)上述定義,不同植被恢復(fù)類型區(qū)的土壤真菌群落優(yōu)勢菌門有子囊菌門(Ascomycota)、擔(dān)子菌門(Basidiomycota),亞優(yōu)勢菌門為被孢霉門(Mortierellomycota),其余相對豐度排名前10的菌門還有羅茲菌門(Rozellomycota)、球囊菌門(Glomeromycota)、梳霉亞門(Kickxellomycota)、捕蟲霉門(Zoopagomycota)、壺菌門(Chytridiomycota)、Calcarisporiellomycota、油壺菌門(Olpidiomycota)。

圖2 門分類水平上真菌優(yōu)勢種的OTU(運算分類單元)豐度堆積柱狀圖Fig.2 OTU (operational taxonomic unit) abundance accumulation histogram of soil dominant fungal species at phylum level

不同植被類型下的優(yōu)勢菌門及其占比存在區(qū)別:DF主要為子囊菌門(30.94%),EDF主要類為子囊菌門(31.07%)和擔(dān)子菌門(26.38%),EF主要為擔(dān)子菌門(70.09%)、子囊菌門(10.76%),ENF主要為子囊菌門(24.88%)。

整體來看,人工林土壤真菌OTU(運算分類單元)的相對豐度均高于ENF,其中,子囊菌門和擔(dān)子菌門是優(yōu)勢菌門,共占真菌菌門總豐度的50%以上,其次是被孢霉門、羅茲菌門、球囊菌門、梳霉亞門、捕蟲霉門、壺菌門、Calcarisporiellomycota和油壺菌門?？傮w上看,擔(dān)子菌門是相對豐度最高的菌門,其在EF中的相對豐度顯著大于ENF、DF。

2.3.2 真菌Beta多樣性分析

采用Bray-Curtis距離算法,結(jié)合OTU豐度,繪制Permanova分析箱形圖(圖3)。對不同植被恢復(fù)類型下真菌間的Beta多樣性進(jìn)行差異顯著性檢驗,R2=0.423,不同植被恢復(fù)類型的組間差異大于組內(nèi)差異,P<0.05,說明檢驗的可信度高。

PC1,第一主成分;PC2,第二主成分。PC1, Principle component 1; PC2, Principle component 2.圖3 相似性分析箱形圖(左)與主坐標(biāo)分析圖(右)Fig.3 Similarity analysis box diagram (left) and principal coordinate analysis diagram (right)

利用各樣本注釋序列間的進(jìn)化信息,結(jié)合Bray-Curtis距離算法,進(jìn)行主成分分析。第一主成分(PC1)能夠解釋樣本原始特征的17.82%,第二主成分(PC2)能夠解釋樣本原始特征的13.47%。從組內(nèi)來看:ENF、DF和EDF的樣本聚類較集中,組內(nèi)真菌群落結(jié)構(gòu)差異較小,且以ENF最小;EF樣本的聚類異常分散,其組內(nèi)差異超過組間差異,說明組內(nèi)真菌群落結(jié)構(gòu)的差異非常大。從組間來看:PC1上,DF和ENF樣本點相距較近,表明這兩組的真菌群落結(jié)構(gòu)較為相似,EF與ENF樣本點相距較遠(yuǎn),表明兩者的真菌群落結(jié)構(gòu)差異較大;PC2上,EDF與DF的樣本點交錯在一起,表明二者組間的真菌群落結(jié)構(gòu)較為相似,但與ENF、EF距離較遠(yuǎn)。

2.3.3 土壤真菌FUNGuild功能預(yù)測

采用FUNGuild軟件對不同植被恢復(fù)類型的土壤真菌群落進(jìn)行功能預(yù)測分析(圖4),發(fā)現(xiàn)各植被恢復(fù)類型的土壤真菌營養(yǎng)類型主要包括腐生營養(yǎng)型(23.37%～46.50%)、病理營養(yǎng)型(7.64%～47.57%)和共生營養(yǎng)型(7.93%～68.99%)3種,其中,ENF、EDF以腐生營養(yǎng)型為主,DF以病理營養(yǎng)型為主,EF以共生營養(yǎng)型為主。與對照相比,DF提高了病理營養(yǎng)型真菌的相對豐度,EDF、EF提高了共生營養(yǎng)型真菌的相對豐度,3種人為植被恢復(fù)模式均降低了腐生營養(yǎng)型真菌的相對豐度。

圖4 基于FUNGuide預(yù)測的不同植被恢復(fù)類型下土壤真菌的營養(yǎng)型組成Fig.4 Nutrient patterns of soil fungi under vegetation models based on FUNGuide predictions

2.4 土壤養(yǎng)分、酶活性與真菌的相關(guān)性

對土壤化學(xué)性質(zhì)、酶活性、真菌主導(dǎo)菌落進(jìn)行相關(guān)性分析(圖5),結(jié)果顯示,土壤養(yǎng)分、酶活性與真菌主導(dǎo)菌落大多具有顯著相關(guān)性,其中,土壤pH值與土壤酶活性、真菌豐度多呈負(fù)相關(guān),土壤速效氮含量與脲酶活性呈顯著正相關(guān),土壤速效鉀、有機(jī)碳含量與過氧化氫酶活性呈顯著正相關(guān),土壤蔗糖酶活性與土壤養(yǎng)分指標(biāo)、真菌豐度多呈負(fù)相關(guān),擔(dān)子菌門、壺菌門、捕蟲霉門、Calcarisporiellomycota與土壤養(yǎng)分、酶活性多呈正相關(guān),子囊菌門、油壺菌門、梳霉亞門、羅茲菌門、被孢霉門與土壤養(yǎng)分、酶活性多呈負(fù)相關(guān)。

SOC,土壤有機(jī)碳;TN,全氮;AK,速效鉀;AN,速效氮;AP,速效磷。圖中綠色圓點代表真菌主導(dǎo)菌門,圓點大小表示其相對豐度大小,紅色圓點代表土壤酶活性指標(biāo),灰色圓點代表土壤養(yǎng)分指標(biāo),藍(lán)線表示顯著(P<0.05)正相關(guān),紅線表示顯著(P<0.05)負(fù)相關(guān),紅、藍(lán)顏色的深淺代表相關(guān)系數(shù)的高低。SOC, Soil organic carbon; TN, Total nitrogen; AK, Available potassium; AN, Available nitrogen; AP, Available phosphorus. The green dots in the figure represent the dominant species of fungi. The size of the dots indicates the relative abundance of the dominant species. The red dots represent the indicators of soil enzymes activities, and the grey dots represent the indicators of soil nutrients. The blue lines indicate significant (P<0.05) positive correlations, and the red lines indicate significant (P<0.05) negative correlations, and the redder or bluer indicates higher correlation coefficients.圖5 土壤養(yǎng)分與酶活性、真菌群落的網(wǎng)絡(luò)分析圖Fig.5 Network analysis of soil nutrients, enzymes activities and fungal communities

3 討論

3.1 不同植被恢復(fù)類型的土壤養(yǎng)分和酶活性

C、N、P是植物營養(yǎng)和土壤肥力的核心成分。土壤酶可以催化土壤生物化學(xué)反應(yīng),參與土壤中的物質(zhì)循環(huán)與轉(zhuǎn)化,反映土壤生物活性的強(qiáng)弱,是土壤肥力的標(biāo)志之一[17]。在本研究為期13 a的植被恢復(fù)試驗中,土壤養(yǎng)分含量得到有效改善,DF的各土壤養(yǎng)分指標(biāo)均較對照(ENF)顯著提高,EF和EDF還較對照顯著降低了土壤pH值。

豐富的凋落物分解后能夠增加土壤有機(jī)碳含量,從而緩解土壤酸化[18]。DF處理多種植落葉闊葉樹種,可產(chǎn)生大量易腐爛的枯枝落葉,有助于增加穴居蚯蚓群落,抑制土壤酸化。DF和EDF顯著提高了土壤有機(jī)碳含量,可能是因為落葉樹種為有機(jī)碳的輸入作出了巨大貢獻(xiàn)。在各處理中,DF和EDF的4種土壤酶活性均相對較高,且其土壤蔗糖酶、脲酶和堿性磷酸酶活性顯著高于對照,但在土壤過氧化氫酶活性上無顯著差異。這表明落葉樹種的存在顯著提高了土壤中水解酶的活性,但對氧化還原酶的活性沒有顯著影響。

3.2 不同植被恢復(fù)類型的真菌多樣性

研究發(fā)現(xiàn),不同植被恢復(fù)類型的土壤真菌在門水平的組成上具有一定的相似性,在相對豐度上存在一定差異。各植被恢復(fù)類型的主導(dǎo)真菌菌門為子囊菌門、擔(dān)子菌門和被孢霉門,但不同植被恢復(fù)類型明顯改變了土壤真菌群落的組成比例,這與已有的研究結(jié)果類似[19]。總體上,人工林的土壤真菌OTU豐度高于對照,子囊菌門和擔(dān)子菌門在不同植被恢復(fù)模式的土壤真菌中均占有絕對優(yōu)勢。在DF、EDF、ENF中,子囊菌門為絕對優(yōu)勢真菌,這與已有的研究結(jié)果類似[11,20]。子囊菌門主要是腐生菌,可分解土壤中的有機(jī)質(zhì)和動植物尸體。EF的子囊菌門相對豐度明顯低于其他植被恢復(fù)類型,且與其他植被恢復(fù)類型的土壤真菌群落結(jié)構(gòu)也相差較大,這可能是由于EF多為常綠闊葉樹種,凋落物較少,而其他3種植被恢復(fù)類型中均包含落葉樹種,均可產(chǎn)生較多的凋落物,更適于子囊菌門等真菌群落的生存。EF的擔(dān)子菌門相對豐度遠(yuǎn)高于ENF,這主要是因為常綠闊葉林通氣性良好,且土壤pH值較低,有利于提高擔(dān)子菌門的豐度[21],但這也導(dǎo)致了其余菌門的生態(tài)位被壓縮,反而使得其整體菌落的多樣性降低。不同植被恢復(fù)類型的土壤真菌功能類型差異較大,但整體上以腐生營養(yǎng)型和病理營養(yǎng)型為主,這與以往在石漠化區(qū)開展的研究結(jié)論一致[22]。

3.3 土壤養(yǎng)分、酶活性與真菌的關(guān)系

土壤酶和微生物共同參與土壤的生化過程,土壤養(yǎng)分為土壤微生物提供碳源和氮源,土壤微生物在一定程度上決定土壤酶的種類和活性,由此可見,土壤真菌、酶活性與土壤養(yǎng)分間存在密切的聯(lián)系[23]。本研究發(fā)現(xiàn),土壤pH值與土壤酶活性、真菌群落多呈負(fù)相關(guān),這與已有的研究結(jié)果類似[24],可能是因為土壤pH值能夠影響土壤化合物,從而對真菌的養(yǎng)分吸收產(chǎn)生影響,最終影響真菌分泌土壤酶[25]。本研究中,土壤有機(jī)碳、全氮、速效鉀、速效氮和速效磷與土壤酶活性、真菌群落結(jié)構(gòu)存在顯著相關(guān)性,這與以往的研究結(jié)果一致[26]。與對照相比,DF和EDF顯著增加了土壤速效氮含量,且以DF的增幅更大,土壤脲酶活性與土壤速效氮含量呈正相關(guān),相應(yīng)地,DF和EDF的土壤脲酶活性也更強(qiáng),反過來,土壤中脲酶能夠分解酰胺氮,水解有機(jī)質(zhì)分子中的肽鍵,生成銨離子,進(jìn)而增加土壤有效氮含量[27]。EF的凋落物多為革質(zhì),不易分解,不利于有機(jī)物向土壤的輸入,從而影響土壤脲酶活性和速效氮含量的提升;而落葉樹種則可以為表層土壤帶來豐富的有機(jī)質(zhì)。磷的主要直接來源是土壤有機(jī)質(zhì)的分解,土壤中的大部分磷以有機(jī)磷化合物的形式存在。土壤中的堿性磷酸酶可以催化有機(jī)磷化合物的水解,增加土壤有效磷含量[28]。在本研究中,DF和EDF的堿性磷酸酶活性顯著高于對照,相應(yīng)地,其土壤速效磷含量也顯著更高。

DF以子囊菌門為優(yōu)勢菌門,子囊菌門與土壤pH值、速效鉀含量、有機(jī)碳含量、酶活性呈負(fù)相關(guān),這與彭輝等[27]發(fā)現(xiàn)子囊菌門在速效鉀含量較低的土壤中相對豐度較高的研究結(jié)果一致,但也導(dǎo)致DF中共生營養(yǎng)型的相對豐度最低,而共生營養(yǎng)型真菌有利于植物的生長,可降低病蟲害風(fēng)險[29]。EF以擔(dān)子菌門為優(yōu)勢菌門,擔(dān)子菌門與土壤養(yǎng)分、酶活性多呈正相關(guān),且其病理營養(yǎng)型真菌的相對豐度在各植被恢復(fù)類型下最低。病理營養(yǎng)型真菌可從宿主細(xì)胞吸收養(yǎng)分,導(dǎo)致植物營養(yǎng)不足,從而引起植物病害,抑制植物生長[30]。這說明,EF處理有利于植物的生長。腐生營養(yǎng)型真菌的相對豐度表現(xiàn)為3種人工林小于ENF,表明自然恢復(fù)更容易引起腐生營養(yǎng)型真菌的聚集。多種土壤真菌與土壤過氧化氫酶、蔗糖酶、脲酶、堿性磷酸酶活性呈正相關(guān),這可能是因為微生物群落與土壤酶活性之間具有自相關(guān)性[31],人為植被恢復(fù)模式下,土壤養(yǎng)分含量的增加,促進(jìn)了真菌數(shù)量的增加,相應(yīng)帶動真菌分泌的酶量增多、活性增強(qiáng)。

4 結(jié)論

與對照相比,人工林的土壤全氮、速效磷含量與土壤蔗糖酶活性顯著提高,DF和EDF處理的土壤有機(jī)碳含量顯著升高,EDF和EF處理的土壤pH值顯著降低,DF和EDF處理的土壤堿性磷酸酶活性顯著升高。在人工林土壤真菌中,子囊菌門和擔(dān)子菌門是最優(yōu)勢的菌門,占真菌菌門總豐度的50%以上。與對照相比,DF提高了病理營養(yǎng)型真菌的相對豐度,EDF、EF提高了共生營養(yǎng)型真菌的相對豐度。總的來看,相較于自然封育林,人工林有助于增加土壤養(yǎng)分含量,提高土壤酶活性,促進(jìn)真菌豐度的增加。