不同密度對杉木林根際土壤叢枝菌根真菌群落結(jié)構(gòu)及共生格局的影響特征

王麗艷，李虹茹，黃文超，劉春江，吳巧花，羅坤水

（1. 江西省林業(yè)科學(xué)院，江西 南昌 330013；2. 江西南昌城市生態(tài)系統(tǒng)定位觀測研究站，江西 南昌 330013；3. 上海交通大學(xué) 農(nóng)業(yè)與生物學(xué)院，上海 200240）

杉木Cunninghamialanceolata是我國栽植面積最廣的用材林樹種，分布在南方16 個?。▍^(qū)），種植面積約占我國人工林面積的16%[1-2]。高密度經(jīng)營人工林是全球性問題，威脅著全世界人工林的可持續(xù)管理。單一栽培和不當(dāng)?shù)墓芾泶胧┩瑯訉?dǎo)致了林分結(jié)構(gòu)的簡單化，生物多樣性的減少以及中國人工林長期生產(chǎn)力的損失。解決這些問題最常用的措施是間伐，即密度控制，通過密度控制實現(xiàn)人工林環(huán)境條件的改善，可促進(jìn)林下植被發(fā)育、生物量變化等。國內(nèi)外學(xué)者對林分密度對土壤理化性質(zhì)和林下植被的影響進(jìn)行了大量的研究，集中在林下植被多樣性、林下更新、林分結(jié)構(gòu)[3]和土壤微生物[4-5]等方面。針對杉木林地微生物研究方面，從不同林分起源[6-7]、林齡[8]、樹種組成[9]和采伐更新方式[10]等條件下林地土壤微生物的變化規(guī)律、根際菌根功能基因[11]開展了相關(guān)研究。全磷和銨態(tài)氮是兩個最重要的調(diào)控不同林齡杉木根際和非根際土壤細(xì)菌和真菌群落組成的因子[8]。亞熱帶杉木純林向多層混交林的轉(zhuǎn)變通過調(diào)節(jié)微生物群落增強(qiáng)了土壤團(tuán)聚體穩(wěn)定性，改變了細(xì)菌群落和真菌多樣性[9]。不同森林采伐和更新方式對微生物功能多樣性的影響主要是由于采伐殘體養(yǎng)分投入的差異，土壤養(yǎng)分是土壤微生物碳代謝活動的主要驅(qū)動因子[11]。

根際微生物能感知根系分泌物并影響寄主植物[12]，增強(qiáng)植物抗逆性和耐性并促進(jìn)植物生長。叢枝菌根真菌（AMF）隸屬于球囊菌門是土壤微生物的重要組成部分，產(chǎn)生共生關(guān)系，AMF 在生態(tài)系統(tǒng)中起著重要作用，參與了養(yǎng)分運(yùn)輸、土壤結(jié)構(gòu)改善、寄主抗病抗逆能力提高等生態(tài)功能。AMF 是通過提高林木的抗逆性來提高森林生產(chǎn)力。近年來，土壤微生物多樣性及其生態(tài)功能的研究得到了越來越多研究者的關(guān)注，土壤作為世界上最大的生物多樣性寶庫，微生物多樣性的丟失使土壤更加容易退化。通過高通量測序分析的土壤微生物多樣性可在基因水平呈現(xiàn)，已應(yīng)用于荒漠、草原、農(nóng)田土壤微生物多樣性[13]。不同林分密度改變了林下小氣候、土壤水氣熱和理化性質(zhì)以及林下植被，同時林下植被影響凋落物和根系分泌物組成。這些變化都會作用土壤微生物群落。AMF 在促進(jìn)植物生長和健康生態(tài)系統(tǒng)的可持續(xù)性方面起著至關(guān)重要的作用。杉木與AMF 形成共生關(guān)系。然而，大多數(shù)研究只關(guān)注與不同林齡杉木人工林相關(guān)的AMF[14]。目前尚不清楚不同密度的杉木林如何調(diào)節(jié)AMF 群落，以及地上植被與微生物的相互關(guān)系和作用機(jī)制還不夠清楚，因此，研究林分密度對土壤微生物結(jié)構(gòu)、林下植被，以及地上地下相互作用關(guān)系有助于深刻認(rèn)識密度變化中微生物生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成格局。本研究通過分析不同密度杉木林根際土壤AMF 群落多樣性和群落結(jié)構(gòu)的差異來間接了解AMF 群落對林分密度的響應(yīng)。本研究在江西省永豐縣官山林場選取4 個密度杉木人工林樣地，基于高通量Illumina Miseq測序手段比較不同密度杉木林下土壤AMF 多樣性和群落結(jié)構(gòu)，結(jié)合土壤養(yǎng)分指標(biāo)和林下植被多樣性分析杉木根際土壤AMF 群落的影響因子，探究杉木人工林不同密度下土壤微生物的演變與林下植被及土壤養(yǎng)分的響應(yīng)特征，深入理解AMF 與森林生態(tài)系統(tǒng)的關(guān)系，探究AMF 對林下植被和土壤特征的響應(yīng)及其機(jī)制，以期為林業(yè)間伐撫育經(jīng)營提供可靠依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)概況

研究區(qū)位于江西省吉安市永豐官山林場，氣候?qū)賮啛釒嘏瘽駶櫦撅L(fēng)氣候，年均溫約16.3 ～19.5 ℃，冬暖夏熱，無霜期長達(dá)240 ～307 d。日均溫超過10 ℃的持續(xù)期為240 ～270 d，活動積溫5 000 ～6 000 ℃。

1.2 研究方法

1.2.1 樣地設(shè)計

2017 年10 月， 選擇1990 年造林密度為3 300 株/hm2的，造林8 年后經(jīng)過間伐密度調(diào)控為4種不同密度（3 300、2 700、2 250、1 950 株/hm2）杉木人工林為研究對象，該杉木林未進(jìn)行林下種植。樣地海拔107 ～118 m、坡向均為西南，坡度約15°。每塊樣地面積20 m×20 m 樣方，每個造林密度設(shè)置3 組重復(fù)樣地。樣地基本情況如下表1。

表1 不同密度杉木林樣地的基本情況Table 1 The basic condition of the sample of different density of C. lanceolata plantation

1.2.2 林下植被調(diào)查

采用丁凱等[15]樣地法，分別對4 種不同密度林分設(shè)置20 m×20 m 標(biāo)準(zhǔn)樣地，采用對角線法，在每個樣方內(nèi)選取3 個5 m×5 m 的樣方調(diào)查灌木層，同時選取3 個1 m×1 m 的樣方調(diào)查草本層，記錄每種植物的名稱、高度、株數(shù)、蓋度等。

1.2.3 土壤樣品采集

2019 年10 月，在4 個密度杉木樣地用“抖落法”采集根際土壤，根際土壤為粘在細(xì)根上的土壤，在每個樣方內(nèi)選取10 株胸徑和樹高接近的杉木，剝開枯落物層并挖開上層覆土，剪下細(xì)根，將粘在細(xì)根上土壤用毛刷刷到自封袋中。每個密度取3 個重復(fù)樣方，每個樣方取10 份根際土壤，共獲得120 份土壤樣品。土壤通過2 mm 篩選后，其中一份保存于-80 ℃冰箱用于AMF 多樣性測定，另一部分土樣風(fēng)干后測定土壤養(yǎng)分。土壤pH 值使用pH 計測定（水土比例1∶2.5）；土壤全氮（Total nitrogen, TN）采用凱氏定氮儀法測定；土壤全磷（Total Phosphorus, TP）采用氫氧化氮消融-鉬銻抗比色法測定；土壤全鉀（Total potassium，TK）采用氫氧化氮消融-火焰光度計測定；土壤速效磷（Available phosphorus, AP）測定采用碳酸氫鈉溶液提取浸提-鉬銻抗比色法；土壤銨態(tài)氮（Nitrogen,NH4+-N）和硝態(tài)氮（Nitrogen, NO3--N）采用氯化鉀浸提-比色法測定[16-17]。

1.3 土壤樣品測序

土壤樣品委托上海美吉生物醫(yī)藥科技有限公司基于Illumina MiSeq 高通量測序平臺，根據(jù)相似度將序列聚類為操作分類單元(OTU)，憑借OTU數(shù)據(jù)對AMF 進(jìn)行多樣性分析[8]。

1.4 數(shù)據(jù)處理與分析

1.4.1 林下植物多樣性計算

以每個樣方為單位，分別計算群落各層物種重要值，以Simpson 指數(shù)、物種豐富度、Shannon-Wiener 指數(shù)、Brillouin 指數(shù)、McIntosh 指數(shù)和均勻度指數(shù)Pielou 作為分析群落物種多樣性的指標(biāo)。

1.4.2 微生物多樣性計算

Alpha 多樣性指數(shù)包括反映群落豐富度（Community richness） 的指數(shù)：Sobs、Chao1、ACE。反映群落均勻度（Community evenness）的指數(shù)：Simpsoneven、Shannoneven。反映群落多樣性（Community diversity）的指數(shù)：Shannon、Simpson 和Coverage。

1.4.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計分析

基于樣本OTU 豐度進(jìn)行不同密度杉木根際土壤AMF 群落物種組成Venn 韋恩圖和群落組成分析，利用R 語言（version 3.3.1）工具統(tǒng)計和作圖。使用層次聚類軟件Cluster 3.03 版對不同密度中50個最豐富的OTU 進(jìn)行分析。不同密度間差異，采用Bray-Curtis 距離算法ANOSIM 分析，檢驗組間差異是否顯著大于組內(nèi)差異，從而判斷分組是否有意義[18]。采用置換多因素方差分析PERMANOVA（permutational MANOVA）和非參數(shù)多因素方差分析（nonparametric MANOVA）對總方差進(jìn)行分解，分析不同分組因素對樣品差異的解釋度，并使用置換檢驗進(jìn)行顯著性分析[16]。Network 網(wǎng)絡(luò)分析不同密度中OTU 和物種的共存關(guān)系，進(jìn)行單因素相關(guān)網(wǎng)絡(luò)和雙因素相關(guān)網(wǎng)絡(luò)，選取總豐度前50 的特征，并計算特征之間的相關(guān)系數(shù)，以反映特征之間的相關(guān)性，觀察到顯著的Spearman 相關(guān)性（P＜0.05），關(guān)鍵分子種是那些表現(xiàn)出高介數(shù)中心值的物種。并使用Cytoscape_3.7.2 軟件對共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行可視化。利用半度量（Bray-Curtis）進(jìn)一步通過冗余分析（Redundancy analysis，RDA）解析不同環(huán)境對AMF 真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。使用R語言vegan 包或QIIME 軟件分析和制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 不同密度杉木人工林根際土壤AMF 群落組成及結(jié)構(gòu)

由AMF 群落相對豐度圖1 可知，在不同密度杉木林根際土壤球囊霉屬（Glomus_f_Glomeraceae）均為相對豐度最高的屬，在D3（2 250 株/hm2）密度下，球囊霉屬相對豐度為99.78%，而在D4（1 950 株/hm2）密度下，巨孢囊霉屬（Gigaspora）相對豐度增加，為7.16%。其中，無梗囊霉屬（Acaulospora）只存在于D1 密度杉木林。從分子種Species 水平的群落組成分析表明，隨著林分密度變小，球囊霉屬的Glomous-YAMFato2005-DVTX00084、Glomus-Glo32-VTX00124 種和巨孢囊霉屬Gigaspora-decipiens-vtx00039 種相對豐度增大，分別是6.90%、5.89%和7.16%。

圖1 種水平不同密度杉木根際土壤AMF 相對豐度Fig. 1 Percent of AMF community abundance in rhizosphere soils under C. lanceolata plantations of different density on species level

比對NCBI 數(shù)據(jù)庫測序序列，本研究共得到163 個AMF-OTUs，分屬于1 門1 綱5 目6 科8屬，28 個種。8 個屬OTU 數(shù)目占總OTU 數(shù)目的比例分別為：球囊霉屬(Glomus-f-Glomeraceae)占97.24%，無梗囊霉屬（Acaulospora）占2.09%，巨孢囊霉屬（Gigaspora）占1.92%，其他占0.61%。

為研究4 種密度杉木林下根際土壤群落叢枝菌根真菌的差異，利用韋恩 Venn 圖對不同密度杉木人工林下根際土壤的AMF 專屬OTUs 和共享OTUs（3%進(jìn)化距離）進(jìn)行了熱圖分析。不同密度杉木根際土壤AMF 群落OTU 差異及共有物種如圖2 所示，D1 密度中特有OTU 占總OTU序列數(shù)的27.87%（114），D2 密度特有OTU 占24.69%，D3 密度中特有OTU 占25.42%，D4 密度中特有OTU 占22.0%。4 種杉木密度下根際土壤共有OTU 數(shù)量為44（10.75%）。

圖2 基于OTU 水平的不同密度杉木根際土壤AMF 群落韋恩圖Fig. 2 Venn diagram of AMF OTUs in rhizosphere soil under different density of C. lanceolata plantation

2.2 不同密度杉木人工林根際土壤AMF 群落結(jié)構(gòu)及多樣性

通過Shannon 指數(shù)評估AMF 物種多樣性（表2），D3 和D4 密度杉木根際土壤的AMF 群落多樣性最高，其次是D1 和D2 林地。這些結(jié)果表明密度調(diào)控在土壤AMF 物種多樣性方面起到了重要作用。而各處理樣本在測序覆蓋度（coverage）上沒有顯著差異，所有樣本的測序覆蓋度高于0.98，說明測序深度足以覆蓋包括物種在內(nèi)的大部分微生物。Chao1 豐富度和Shannon 多樣性相一致，進(jìn)一步說明高密度杉木林地具有更低的微生物多樣性。群落均勻性Simpsoneven、Shannoneven 均勻度指數(shù)和Heip 群落均勻度指數(shù)也隨著密度的減小有增加的趨勢。

表2 不同密度杉木根際土壤AMF 群落α 多樣性指數(shù)?Table 2 Alpha diversity index of AMF community in rhizosphere soil under different C. lanceolata plantation

利用ANONIS、ADONIS 和PERMANOVA 3 種不同的方法，分析了不同密度杉木根際土壤AMF群落結(jié)構(gòu)的差異（表3），3 種多因素方差分析結(jié)果均表明，4 種不同密度杉木林下土壤AMF 的群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異（P＜0.05）。

表3 不同密度杉木根際土壤AMF 群落結(jié)構(gòu)ANONIS、ADONIS 和PERMANOVA 分析Table 3 ANONIS, ADONIS and PERMANOVA pairwise differences in AMF communities in rhizosphere soils under C. lanceolata plantations of different density

通過Kruskal-Wallis H test 克氏秩和檢驗對不同密度杉木根際土壤AMF 真菌群落豐度顯著性差異檢驗分析表明（表4），分子種unclassified_g_Glomus_f_Glomeraceae、Glomus-YAMFato2005-DVTX00084 和Glomus-PSAMFG2-VTX00080 的豐度受林分密度的影響差異明顯（P＜0.05），其他物種豐度受林分密度的影響差異不顯著。

表4 基于種水平的不同密度杉木林土壤AMF 相對豐度組間差異檢驗Table 4 Significant difference test of AMF community abundance in soil under different density of C. lanceolata plantation

為明確不同密度杉木林下土壤根際AMF 群落的差異，使用熱圖分析相對豐度前50 的OTU。從群落熱圖（圖3）可以看出，這50 個主要OTU的豐度在4 個不同密度杉木林有所不同。各密度杉木林根際土壤AMF 的優(yōu)勢OTUs 也有所不同。其中，各密度的優(yōu)勢OTU 也不同，D1 密度杉木林根際AMF 微生物占比優(yōu)勢為OTU423、OTU231，D2 密度杉木OTU231 和OTU423 為主，D3 密度杉木OTU296 和OTU497 占為主，D3 密度杉木OTU298、OTU289 占優(yōu)勢。4 種杉木林分根際土壤AMF 群落優(yōu)勢分子種不同。D1 中的豐度較高分子種unclassified-f-Acaulospora，D2 中Glomus-ORVIN-G10313 和Glomus-VTX00223，D3優(yōu)勢分子種分別是Glomus-PSAMG2-VTX00080、Glomus-Frank-A-VTX00082、Glomus-GLAb4.2-VTX00290，D4 中Gigaspora-decipiens-VTX00039、Glomus-Glo32-VTX00124、Glomus-Yamato2005-D-VTX00084。

2.3 植被和土壤環(huán)境對AMF 群落結(jié)構(gòu)多樣性的影響

在調(diào)查的60 個灌木和草本小樣方中共統(tǒng)計16種灌木和2 種草本植物（表5），密度相對較低的D3 樣地林下植物物種相對較多，有16 種，不同密度杉木林地上部分植被多樣性方差分析表明，杉木林分密度對草本植被多樣性影響差異不顯著。其主要原因是杉木林下草本物種數(shù)量僅有2 種。灌木層中，隨著林分密度的降低，Shannon 指數(shù)呈增加趨勢。

叢植菌根真菌只有與寄主形成共生體才能生活。不同寄主植物的根系，影響AMF 群落組成和多樣性[19]。林下植被辛普森指數(shù)與根際土壤AMF群落多樣性辛普森指數(shù)呈顯著正相關(guān)（r=0.494）。地表植被種類少的杉木林根際土壤中AMF 群落多樣性也較低，說明AMF 群落多樣性受寄主植物多樣性的影響，地上植被豐富，根際土壤AMF 群落多樣性也較高（表6）。

表6 不同密度杉木林下植被多樣性與根際土壤AMF 群落多樣性指數(shù)相關(guān)性分析?Table 6 Correlation analysis of diversity index of understory vegetation and AMF Community in rhizosphere soil under different C. lanceolata plantation

冗余分析（Redundancy analysis，RDA）被用來提取各解釋變量在土壤微生物群落多樣性中的變化。RDA 分析揭示了AMF 群落與土壤養(yǎng)分之間的關(guān)系。以土壤微生物群落組成作為原始變量，RDA 結(jié)果顯示（圖4），不同密度杉木林根際土壤AMF 真菌群落組成信息中的61.99%能夠被所列的7 個環(huán)境因子所解釋。其中，第1、2、3、4 軸的特征值分別是0.254 5、0.114 3、0.044 3、0.018 9，第一軸PC1 解釋了大部分的AMF 真菌群落數(shù)據(jù)的變異，RDA1 解釋了46.98%的變異信息，RDA2 解釋了3.49%的變異信息。4 種杉木密度類型大致分成4 堆，不同密度杉木林由于局地環(huán)境因素影響，林下植被類型存在差異。

圖4 種水平AMF 群落組成與土壤理化性質(zhì)的RDA 分析Fig. 4 Redundancy analysis to show correlation between the AMF communities and soil physicochemical properties

已有研究發(fā)現(xiàn)，土壤微生物群落結(jié)構(gòu)受土壤環(huán)境與地上植被的影響。植被類型不同土壤微生物群落組成和分布存在差異[6]。AMF 真菌群落組成顯著受到NH4+-N、NO3--N、pH 值、TK 的影響，這與以往研究中，土壤微生物群落組成受地上植被、土壤N 與pH 值等因素的影響的結(jié)構(gòu)類似[20]。堿解氮AN（R2=0.371 1，P=0.014），銨態(tài)氮NH4+-N（R2=0.639 1，P=0.001） 與AMF 群落結(jié)構(gòu)具有顯著正關(guān)性（表7）。綜上所述，特定林分環(huán)境因素調(diào)控AMF 群落組成。

表7 物種與土壤理化性質(zhì)RDA 相關(guān)數(shù)據(jù)Table 7 RDA data related to species and soil physicochemical properties

2.4 不同密度杉木人工林根際土壤AMF 群落共現(xiàn)性網(wǎng)絡(luò)分析

共線性網(wǎng)絡(luò)圖可視化展示物種在不同樣本中的共現(xiàn)關(guān)系。不同密度杉木土壤AMF 共線性網(wǎng)絡(luò)分析表明（圖5），共有分子種4 種，分別是Glomus-Glo32-VTX00124、Glomus-Yamato2005-D-VTX00224、unclassified_g_Glomus_f_Glomeraceae、Glomus-Frank-A-VTX00082。 隨著間伐強(qiáng)度的增大，D4 密度杉木林根際土壤AMF群落獨(dú)有分子物種分別是Glomus-Frank-A1-VTX00269、Glomus-Franke-A1-VTX00076、Gigaspora-decipiens-VTX00039、unclassified_c_Glomeromycetes。

圖5 基于種水平的不同密度杉木根際土壤AMF 群落共線性網(wǎng)絡(luò)Fig. 5 Co-occurring network of AMF communities in rhizosphere soil under different density of C. lanceolata plantation on species level

基于這些OTU 中（圖6），46%的OTU 與一個系統(tǒng)有關(guān)，證實4 個系統(tǒng)中群落組成的顯著的重要OTUs 與所有的密度相關(guān)。約14%重要的OTUs 與D1 密度顯著相關(guān)；約16%的OTU 與D2密度系統(tǒng)相關(guān)；22%的OTU 與D3 密度系統(tǒng)相關(guān)。16%的重要OTUs 與所有的密度相關(guān)。

圖6 基于OTU 水平的不同密度杉木根際土壤AMF 群落共線性網(wǎng)絡(luò)Fig. 6 Co-occurring network of AMF communities in rhizosphere soil under different density of C. lanceolata plantation on OTU level

相關(guān)性Network 分析發(fā)現(xiàn)（圖7），在4 種密度杉木林的20 個樣本中，10 個種存在正相關(guān)關(guān)系（Spearman，R2≥0.6，P＜0.05）；在所有節(jié)點中，Glomus球囊霉屬占比最多，占了所有節(jié)點的66.67%；將節(jié)點分布模塊化，所有的節(jié)點可以分為2 個主要的模塊（≥10 個節(jié)點）；基于介數(shù)中心性，該值最高的5 個種分別是Glomus-MOG23-VTX00222、Glomus-viscosum-VTX00063、Glomus-Glo7-VTX00214、Glomus-Yamato08-A1-VTX00100、Glomus-sp.-VTX00304 表明這些AMF在共存在網(wǎng)絡(luò)中屬于核心物種。

圖7 不同密度杉木根際土壤AMF 群落的單因素相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)分析Fig. 7 Univariate correlation network analysis of AMF communities in rhizosphere soil under different density of C. lanceolata plantation

環(huán)境因子與物種雙因素共線性網(wǎng)絡(luò)分析表明（圖8），模塊的環(huán)境關(guān)聯(lián)不同，只有一個模塊與環(huán)境因素密切相關(guān)。這表明來自同一模塊的分類群在生態(tài)上相似。在共線性網(wǎng)絡(luò)中銨態(tài)氮NH4+-N 和堿解氮AN 網(wǎng)絡(luò)中心系數(shù)為0.943 4，表明這個模塊主要由喜N（unclassified_f_Gigasporaceae、Glomus-Franke-A1-VTX00076、Gigaspora-decipiens-VTX00039、Acaulospora-sp.-VTX00013）和寡營養(yǎng)（Glomus-PSAMG2-VTX00080、Glomus-GlAb4.2-VTX00290、Glomus-Frank-A-VTX00082、Glomusviscosum-VTX00063）的分類群組成。

圖8 不同密度杉木根際土壤AMF 群落的雙因素網(wǎng)絡(luò)分析Fig. 8 Two factors correlation network analysis of AMF communities in rhizosphere soil under different density of C. lanceolata plantation

3 討 論

3.1 杉木人工林根際土壤AMF 群落結(jié)構(gòu)對林分密度的響應(yīng)

本研究對不同密度杉木林下根際土壤AMF 群落多樣性研究結(jié)果表明，不同密度下的根際土壤AMF 群落ACE 指數(shù)、Chao1 指數(shù)和Shannon 指數(shù)整體表現(xiàn)為D3、D4 中低杉木林分密度AMF 群落豐富度和多樣性明顯提高。各密度杉木林根際土壤AMF 的優(yōu)勢OTUs 也有所不同。其原因可能是不同林分密度改變了林下小氣候、土壤水氣熱和理化性質(zhì)以及林下植被，同時林下植被影響凋落物和根系分泌物組成。這些改變都會影響土壤微生物群落。Guo 等[7]對不同密度杉木林對林下植被和土壤微生物群落結(jié)構(gòu)的影響發(fā)現(xiàn)杉木林分密度降低，促進(jìn)林下植被增多，有利于良好菌群結(jié)構(gòu)保持。這與本研究低密度杉木林分根際土壤AMF 群落多樣性相一致，說明合理的杉木林分密度促進(jìn)微生物群落多樣性提高，有利于林地土壤肥力保持。

通過對不同密度下AMF 群落結(jié)構(gòu)之間的相似性和差異性的分析，發(fā)現(xiàn)不同密度杉木根際土壤AMF 群落結(jié)構(gòu)存在顯著差異；隨著林分密度變小，根際土壤球囊霉屬的分子種Glomous-Yato2005-D-VTX00084、Glomus-Glo32-VTX00124種和巨孢囊霉屬Gigaspora-decipiens-vtx00039 種相對豐度增大；分子種unclassified_g_Glomus_f_Glomeraceae、Glomus-YAMFato2005-D-VTX00084和Glomus-PSAMFG2-VTX00080 的豐度受林分密度的影響差異明顯。馬克平團(tuán)隊對亞熱帶森林長期定位監(jiān)測研究發(fā)現(xiàn)[21]，土壤真菌對樹木密度存在依賴性，叢枝菌根更容易受到同種鄰居密度的限制。合理調(diào)整林分密度，可改變林下微環(huán)境，增加生物多樣性?？傮w來說，AMF 群落多樣性的差異性響應(yīng)林分密度變化。

3.2 不同密度杉木林根際土壤AMF 群落的共生模式

球囊菌屬是球囊菌門中最常見和最大的屬，與植物根形成共生關(guān)系[22]。在共生網(wǎng)絡(luò)中，研究最豐富的屬是球囊霉屬，這表明這些多面手適應(yīng)多種環(huán)境。在中心性測量（例如度、介數(shù)中心性和緊密中心性）的基礎(chǔ)上，在一個共現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)中本質(zhì)上比其他群體更緊密相連的微生物組[23]。不同密度杉木林根際AMF 群落共生網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)絡(luò)中心系數(shù)CC 值為0.63，表明該生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的相關(guān)性強(qiáng)。高于其他生態(tài)系統(tǒng)的CC 値。叢枝菌根真菌AMF 可以通過從土壤中吸收養(yǎng)分來提高植物生產(chǎn)力[24]。AMF 群落促進(jìn)地上植物維持極端生態(tài)系統(tǒng)的生物多樣性和生產(chǎn)力的重要性[25]。Glomus-MOG23-VTX00222、Glomus-viscosum-VTX00063、Glomus-Glo7-VTX00214 具有前3 個介數(shù)中心值，這表明這些節(jié)點在共生網(wǎng)絡(luò)中的重要性。Glomus-MO-G23-VTX00222 在以前的研究中也被確定為關(guān)鍵物種，需要進(jìn)一步的工作來更好解釋這種真菌在共生網(wǎng)絡(luò)中的作用[26]。因此，所有2 個關(guān)鍵分類群可能在生態(tài)過程中發(fā)揮關(guān)鍵作用。

微生物間相互作用對宿主-微生物穩(wěn)態(tài)至關(guān)重要[27-28]。近年來，基于相關(guān)性的網(wǎng)絡(luò)分析已成功用于探索微生物群落的共生模式[29-30]，微生物網(wǎng)絡(luò)分析已被用作探索一系列環(huán)境中相互作用的工具，提供有關(guān)微生物合作和競爭的重要細(xì)節(jié)[31-32]。此外，微生物網(wǎng)絡(luò)已被強(qiáng)調(diào)為了解微生物群落組裝動態(tài)和成員相互作用對變化環(huán)境的反應(yīng)至關(guān)重要[33]。微生物生態(tài)網(wǎng)絡(luò)可以表征群落之間的相互關(guān)系。生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的特性能夠響應(yīng)微生物群落對環(huán)境的變化[34]。已有研究證明，網(wǎng)絡(luò)中模塊化增強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性，負(fù)相關(guān)性網(wǎng)絡(luò)抗干擾能力強(qiáng)，弱相關(guān)性構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)更穩(wěn)定[35]。本研究中，網(wǎng)絡(luò)分析顯示AMF 群落中存在非隨機(jī)共現(xiàn)模式，10 個最強(qiáng)的正相關(guān)都在不同的屬之間，這表明代謝合作可能在形成物種共生中發(fā)揮重要作用[36]。優(yōu)勢類群驅(qū)動網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)（連通性和介數(shù)以及豐度之間呈正相關(guān)），這與前人的研究結(jié)果一致[21]，此外，模塊間種豐度和土壤特征之間的不同相關(guān)性表明這些組件具有特定的生態(tài)特征。這些AMF 真菌群落的非隨機(jī)組合模式表明，物種間的相互作用和環(huán)境篩選在形成群落結(jié)構(gòu)方面占主導(dǎo)地位。

3.3 不同密度杉木林根際土壤AMF 群落結(jié)構(gòu)和多樣性的影響因素

植物、土壤和微生物三方復(fù)雜的相互作用操縱植物向有利的方向發(fā)展，促進(jìn)植物實現(xiàn)可持續(xù)的收益[37]。目前尚不清楚根際/葉際和內(nèi)生植物區(qū)室（即寄主內(nèi)）中的相互作用在多大程度上影響了微生物組合，以及微生物對植物生境的適應(yīng)是否驅(qū)動了影響植物適應(yīng)性的生境特定微生物-微生物相互作用策略（M. Amine Hassani）。已有研究表明，影響根際微生物組成的主要因素是土壤類型、土壤pH 值、有效磷和有機(jī)碳等對AMF 群落結(jié)構(gòu)有重要影響[38]。本研究表明，不同密度杉木林根際土壤AMF 群落組成與土壤N、pH 值存在正相關(guān)關(guān)系。pH 值能夠影響AMF 的產(chǎn)孢率、菌絲生長和形成，進(jìn)而改變?nèi)郝浣M成。

植物—土壤之間的相互作用是植物群落動態(tài)和養(yǎng)分循環(huán)的驅(qū)動力[39]。植物向地下輸入碳源的第一級消費(fèi)者是真菌[40]。已有研究表明，地上部植被群落變化改變了土壤含水量從而影響土壤微生物群落的重組[21]。張賈宇等[41]研究楊樹人工林幼樹階段林下植被管理對土壤微生物量研究表明，林下植物物種數(shù)量的增加能提高土壤微生物生物量，同時物種數(shù)量增加提高了微生物對碳源的利用。密度調(diào)控改善了林分結(jié)構(gòu)，林下植被多樣化，提高了生物多樣性，從而促進(jìn)森林養(yǎng)分的利用效率[26]。林分林內(nèi)小氣候、有機(jī)質(zhì)分解、微生物活性和碳流出等方面響應(yīng)林分結(jié)構(gòu)的改變發(fā)生實質(zhì)性的變化。不同密度杉木的研究發(fā)現(xiàn)，適度的密度有利于林下植被生長、林地肥力保持和良好的微生物群落結(jié)構(gòu)[42]。本研究表明，林下植被多樣性Shannon 指數(shù)與根際土壤AMF 群落Shannon 指數(shù)間呈現(xiàn)顯著的正相關(guān)關(guān)系。根際微生物群落的結(jié)構(gòu)是復(fù)雜的根-土壤-微生物相互作用的結(jié)果。因此，在營林過程中，合理的密度促進(jìn)養(yǎng)分利用效率，提高林分生產(chǎn)力。本研究杉木根際AMF群落影響因素不夠全面，缺乏土壤酶活性、土壤呼吸、微生物生物量等相關(guān)指標(biāo)的綜合評價。今后確定土壤微生物的多樣性及其影響指標(biāo)，從不同時間、空間尺度探索AMF 時空演變的驅(qū)動機(jī)制，研究AMF 生態(tài)功能，特別是促進(jìn)土壤N、P 養(yǎng)分循環(huán)與高效利用，并尋求AMF 功能基因。這對于杉木人工林生態(tài)系統(tǒng)撫育經(jīng)營具有重要意義。

4 結(jié) 論

杉木林分密度顯著影響根際土壤AMF 群落結(jié)構(gòu)。影響AMF 特性的主要土壤環(huán)境因子是堿解氮和銨態(tài)氮。在林分密度變化過程中，不同土壤理化性質(zhì)和分類群之間潛在的相互作用可能共同影響杉木林地AMF 群落結(jié)構(gòu)。林分密度影響土壤微生物群落，變化后的土壤微生物群落又會影響地上植被，最終土壤群落與地上植被協(xié)同響應(yīng)密度變化。這一結(jié)果為地上地下協(xié)同作用構(gòu)建生態(tài)網(wǎng)絡(luò)的研究提供新的見解。