內(nèi)蒙古不同類型草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)及其影響因子的研究

摘要：為探究?jī)?nèi)蒙古不同類型草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)及其影響因子，以內(nèi)蒙古中東部自西向東連續(xù)分布的荒漠-典型-草甸草原為研究對(duì)象，采用高通量測(cè)序的方法分析土壤真菌群落特征，結(jié)合土壤理化性質(zhì)揭示真菌群落的驅(qū)動(dòng)因子。結(jié)果表明：三種草原的土壤均呈堿性且以沙粒為主，土壤含水率差異顯著（P＜0.05）；荒漠草原土壤養(yǎng)分含量（土壤有機(jī)質(zhì)、總氮和總磷）最低，草甸草原土壤養(yǎng)分含量最高；荒漠草原土壤真菌的Shannon指數(shù)、Chao 1指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)最高；不同類型草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著差異（P＜0.05）；子囊菌門（Ascomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）和壺菌門（Chytridiomycota）是優(yōu)勢(shì)真菌門；被孢霉屬（Mortierella）和鐮刀菌屬（Fusarium）是共有優(yōu)勢(shì)屬；草原土壤真菌以腐生營(yíng)養(yǎng)型為主，主要功能群豐度無(wú)明顯差異；冗余分析表明土壤含水率是不同類型草原土壤真菌群落的主要驅(qū)動(dòng)因子。

關(guān)鍵詞：草原類型；土壤真菌；群落結(jié)構(gòu)；功能預(yù)測(cè)；環(huán)境因子

中圖分類號(hào)：S154.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0435（2023）07-1977-11

Study on the Struture and Driving Factors of Soil Fungal Community in Different Grassland Types in Inner Mongolia

XU Lin-fang^1，2， MI Yuan-ting³， LIU Lan-zhou^1，2， WEN Lu^1，2， LI Yong-hong^1，2， XU Ji-fei^1，2*

（1. School of Ecology and Environment， Inner Mongolia University， Hohhot， Inner Mongolia 010021， China; 2. Ministry of Education Key Laboratory of Ecology and Resource Use of the Mongolian Plateau， Hohhot， Inner Mongolia 010021， China;3. Inner Mongolia Technical College Mechanics and Electrics， Hohhot， Inner Mongolia 010070， China）

Abstract：In order to explore the structure and driving factors of soil fungal community in different grasslands types in Inner Mongolia，we studied the desert-typical-meadow steppes in Inner Mongolia，which were distributed continuously from west to east. High-throughput sequencing was used to analyze the characteristics of soil fungal community and reveal the driving factors of fungal community in combination with soil physical and chemical properties. The results showed that the soil was alkaline and mainly sandy texture in the three types of grasslands，and the soil moisture content was significantly different （P＜0.05）. The soil nutrient content （soil organic matter，total nitrogen，and total phosphorus） was the lowest in desert steppe. The Shannon index，Chao 1 index，and Pielou evenness index of soil fungal communities in desert steppe were the highest. There were significant differences in soil fungal community structure of different types of grasslands （P＜0.05）. Ascomycota，Basidiomycota，Mortierellomycota，and Chytridiomycota were the dominant fungal phyla. Mortierella and Fusarium were the common dominant genera. The Saprotroph fungi were dominant in grassland soil，and there was no significant difference in the abundance of major functional groups. Redundancy analysis suggested that soil moisture content was the main driving factor of soil fungal communities in different types of grasslands in Inner Mongolia.

Key words：Grassland types;Soil fungi;Community structure;Function prediction;Environmental factors

草原生態(tài)系統(tǒng)是陸地生態(tài)系統(tǒng)的重要組成部分，具有涵養(yǎng)水源、保持水土和防風(fēng)固沙等重要生態(tài)功能^[1]。我國(guó)是世界草原大國(guó)，草原面積占國(guó)土面積的40.9%^[2]。內(nèi)蒙古草原是歐亞大陸草原的重要組成部分，是目前世界上草原類型最多、保存最完整的草原之一。地理位置和氣候條件的綜合作用使得內(nèi)蒙古草原類型呈現(xiàn)明顯的地帶性分布規(guī)律，自西向東由荒漠草原到典型草原再過渡到草甸草原^[3]。因此該區(qū)域是研究不同類型草原與土壤微生物相互關(guān)系的天然實(shí)驗(yàn)室^[4]。

真菌作為草原土壤微生物的主要類群之一，與植物體形成寄生或共生關(guān)系，能將復(fù)雜有機(jī)物降解與轉(zhuǎn)化為可供其他生物吸收利用的簡(jiǎn)單化合物，從而影響土壤碳排放和肥力，對(duì)草原物質(zhì)循環(huán)以及能量流動(dòng)具有促進(jìn)作用^[5]。土壤真菌群落變異率較大、分布較松散，通常被認(rèn)為與地表植被密切相關(guān)^[6-7]。李挺等^[8]對(duì)南嶺不同植被類型的土壤真菌研究發(fā)現(xiàn)，土壤真菌群落結(jié)構(gòu)能顯著響應(yīng)植被類型的演替與變化。楊虎等^[9]對(duì)賀蘭山東坡不同植被類型的土壤真菌多樣性和群落結(jié)構(gòu)研究發(fā)現(xiàn)，真菌群落整體存在差異性，多樣性指數(shù)一致表現(xiàn)為淺山灌叢＞山地荒漠草地＞亞高山草甸＞亞高山針葉林。草原土壤水分和養(yǎng)分等理化性質(zhì)發(fā)生變化，也會(huì)影響真菌群落的結(jié)構(gòu)和功能^[10]。Wu等^[11]發(fā)現(xiàn)土壤水分的降低能夠減少草原土壤真菌的豐富度。閆瑾等^[12]在研究短花針茅荒漠草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)對(duì)水氮控制的響應(yīng)時(shí)發(fā)現(xiàn)，真菌優(yōu)勢(shì)門類的相對(duì)豐度隨著氮素的添加有逐漸升高的趨勢(shì)，水分變化顯著影響土壤真菌群落的豐富度。Widdig等^[13]發(fā)現(xiàn)氮添加和聯(lián)合氮磷添加可以顯著改變草原土壤真菌的群落組成，溶解性有機(jī)碳和溶解性氮的比值是真菌群落組成的主要驅(qū)動(dòng)因素。地表植物種類和土壤理化性質(zhì)都強(qiáng)烈影響著真菌的多樣性和群落結(jié)構(gòu)，而草原土壤真菌的分布格局和群落結(jié)構(gòu)又可以評(píng)價(jià)土壤的健康狀況，指導(dǎo)草原的有效管理和合理利用^[14]。因此，探究?jī)?nèi)蒙古不同類型草原土壤真菌群落的多樣性、結(jié)構(gòu)、功能及驅(qū)動(dòng)因子，在一定程度上可預(yù)測(cè)草原生態(tài)系統(tǒng)功能的演變方向，對(duì)草原健康狀況的研究具有參考意義。

本試驗(yàn)以內(nèi)蒙古草原為研究對(duì)象，采用高通量測(cè)序技術(shù)對(duì)草原土壤真菌群落多樣性和組成進(jìn)行分析，明確荒漠、典型和草甸草原土壤真菌群落的結(jié)構(gòu)特征，探討真菌功能群變化，找出驅(qū)動(dòng)真菌群落變化的關(guān)鍵環(huán)境因子，深刻理解草原土壤真菌多樣性產(chǎn)生和維持的機(jī)制，旨在從土壤真菌群落的角度為草原生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和重建等提供一定的理論指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 研究區(qū)域概況

內(nèi)蒙古草原是歐亞大陸草原的重要組成部分。主要受水熱條件的影響，內(nèi)蒙古草原的水平地帶性比較明顯，從中西部的荒漠草原過渡到中部的典型草原再到東部區(qū)的草甸草原^[3]。在研究區(qū)域中（圖1），自西向東依次為荒漠草原（Desert steppe，DS）、典型草原（Typical steppe，TS）、草甸草原（Meadow steppe，MS）^[15]。其中荒漠草原屬溫帶干旱半干旱氣候，年均氣溫2℃～5℃，年降水量為150～200 mm；典型草原為溫帶半干旱大陸性氣候，年均氣溫0.2℃～2.8℃，年降水量為225～350 mm；草甸草原的年均氣溫-2.4℃～2.2℃，年降水量為250～350 mm，降水均集中在6—8月。沿著DS-TS-MS，年均氣溫遞減，而降水量遞增。

1.2 樣品采集與處理

根據(jù)地面植被狀況，在不同類型草原中選取3個(gè)地形平坦、坡度范圍0～5°、坡向?yàn)殛?yáng)坡或半陽(yáng)坡的樣點(diǎn)進(jìn)行采樣調(diào)查，如圖1所示，在中國(guó)測(cè)繪網(wǎng)（https：//www.cehui8.com/3S/GIS/20130702/205.html）下載1∶400萬(wàn)的中國(guó)行政區(qū)劃圖作為內(nèi)蒙古分析的底圖。取樣時(shí)間2015年8月，每個(gè)類型的草原選取3個(gè)采樣點(diǎn)，每個(gè)采樣點(diǎn)設(shè)置一個(gè)10 m×10 m的大樣方，沿對(duì)角線設(shè)置3個(gè)1 m×1 m的小樣方，采集小樣方中心深度為0～20 cm的土樣，以隨機(jī)、等量為原則混合，挑去表面植被殘枝、石礫等雜質(zhì)，混勻過篩（2 mm），裝入10 mL離心管，低溫條件下帶回實(shí)驗(yàn)室于－80℃低溫保存?zhèn)溆??；哪菰?個(gè)取樣點(diǎn)為DS1（43°37′38.50″ E，112°10′11.01″ N），DS2（43°43′11.16″ E，112°48′14.06″ N），DS3（43°37′08.57″ E，112°48′13.96″ N），海拔分別為957 m，980 m，977 m，建群植物以小針茅（Stipa klemenzii）為主。典型草原的3個(gè)取樣點(diǎn)為TS1（44°00′57.28″ E，114°57′17.52″ N），TS2（44°16′28.00″ E，116°31′10.59″ N），TS3（43°51′02.53″ E，116°25′41.13″ N），海拔分別為1 079 m，1 153 m，1 150 m，TS1和TS2以克氏針茅（Stipa krylovii）和冰草（Agropyron cristatum）為主，TS3以克氏針茅（Stipa krylovii）、大針茅（Stipa grandis）和糙隱子草（Cleistogenes squarrosa）為主。草甸草原的3個(gè)取樣點(diǎn)為MS1（43°29′12.77″ E，116°45′29.49″ N），MS2（43°30′13.44″ E，116°49′15.29″ N），MS3（43°15′23.31″ E，117°19′36.21″ N），海拔分別為1 284 m，1 435 m，1 201 m，MS1以羊草（Leymus chinensis）和大針茅（Stipa grandis）為主，MS2以羊草（Leymus chinensis）、羊茅（Festuca ovina）和日陰菅（Carexpe pediformis）為主，MS3以大針茅（Stipa grandis）、冰草（Agropyron cristatum）和冷蒿（Artmisia frigida）為主。

1.3 土壤理化性質(zhì)測(cè)定

將土壤樣品放入烘箱在105℃條件下烘干至恒重，測(cè)定土壤含水率（Soil moisture content，SMC）；使用pH計(jì)（DELTA 320，Mettler Toledo，Shanghai，China）測(cè)定土壤pH值；激光粒度儀（Microtrac S3500，Microtrac Inc.，USA）測(cè)定土壤粒度，砂粒（Sand）1～0.05 mm，粗粉砂（Coarse silt，CS）0.05～0.01 mm，細(xì)粘粒（Fine clay，F(xiàn)C）＜0.001 mm；重鉻酸鉀氧化外加熱法測(cè)定土壤有機(jī)質(zhì)（Soil organic matter，SOM）；土壤總氮（Total nitrogen，TN）采用重鉻酸鉀-硫酸消解法測(cè)定；總磷（Total phosphorus，TP）采用硫酸-高氯酸-鉬銻抗比色法測(cè)定。

1.4 DNA的提取及Illumina MiSeq測(cè)序

取出－80℃保存的土壤樣品，置于無(wú)菌操作臺(tái)融化后，采用Fast DNA SPIN Kit for Soil試劑盒提取土壤中DNA，以提取的DNA為模板，進(jìn)行目的片段的擴(kuò)增。使用引物ITS1F（5′-CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA-3′）和ITS2R（5′-GCTGCGTTCTTCATCGATGC-3′）對(duì)真菌ITS1-ITS2區(qū)域進(jìn)行PCR擴(kuò)增。PCR反應(yīng)在ABI Gene Amp^? 9700型PCR擴(kuò)增儀上完成。PCR反應(yīng)體系（25 μL）：10×Buffer 2.5 μL，Taq酶0.2 μL，2.5 mM dNTPs 2 μL，正反引物各1 μL，DNA模板1 μL，ddH₂O17.3 μL，總共25 μL。PCR擴(kuò)增循環(huán)程序?yàn)椋?4℃預(yù)變性2 min，94℃變性30 s，55℃退火30 s，72℃延伸30 s，共計(jì)25個(gè)循環(huán)。將擴(kuò)增后的產(chǎn)物在微量紫外分光光度計(jì)上測(cè)量DNA產(chǎn)物的濃度與純度，最后將純化產(chǎn)物送往上海美吉生物技術(shù)有限公司進(jìn)行Illumina MiSeq雙端高通量測(cè)序，產(chǎn)物長(zhǎng)度為300 bp。

1.5 數(shù)據(jù)處理及分析

采用One-way ANOVA和Tukey法對(duì)土壤理化性質(zhì)進(jìn)行顯著性檢驗(yàn)和多重比較。基于測(cè)序獲得的原始數(shù)據(jù)，使用QIIME 2^[16]進(jìn)行質(zhì)量控制、dada2去噪獲得擴(kuò)增子序列變異（Amplicon sequence variants，ASVs）、將每一個(gè)ASV代表性序列與Unite數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行比對(duì)獲得物種分類信息、計(jì)算真菌稀釋曲線和計(jì)算多樣性指數(shù)。使用Shannon指數(shù)以衡量真菌群落的多樣性、Chao 1指數(shù)反映物種豐富度和Pielou evenness指數(shù)評(píng)估物種的均勻度。使用基于Bray_Curtis距離的主坐標(biāo)成分分析（Principal Coordinates Analysis，PCoA）表征不同草原土壤真菌的β多樣性和檢驗(yàn)土壤真菌群落的相異性，采用置換多元方差分析（Permutational multivariate analysis of variance，PERMANOVA）評(píng)估不同類型草原真菌群落結(jié)構(gòu)差異顯著性。通過One-way ANOVA和LSD多重比較法對(duì)門水平真菌的豐度進(jìn)行顯著性分析。利用LEfSe^[17]（Linear discriminant analysis effect size）解析三種草原真菌群落結(jié)構(gòu)差異，尋找組與組之間具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的物種，設(shè)置篩選值為2.0，多組比較參數(shù)設(shè)置為更嚴(yán)格的one-against-one。使用FunGuild^[18]對(duì)代表性序列進(jìn)行功能預(yù)測(cè)，草原土壤真菌被劃分為不同的營(yíng)養(yǎng)型和功能群，結(jié)果數(shù)據(jù)保留置信度為“很可能”（Probable）和“極可能”（Highly probable）的ASVs及其類別，所有鑒定為復(fù)合營(yíng)養(yǎng)型的群落均歸入“其他真菌”（Other fungi），鑒定為復(fù)合多功能的群落分別統(tǒng)一為“其他腐生真菌”（Other saprotrophic fungi）。真菌群落門水平的豐度數(shù)據(jù)作為物種數(shù)據(jù)與土壤環(huán)境因子進(jìn)行冗余分析（Redundancy analysis，RDA）。R語(yǔ)言軟件（version 4.1.0）進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析及制圖。

2 結(jié)果與分析

2.1 草原土壤理化性質(zhì)

由圖2所知，三種草原土壤均呈堿性，DS土壤pH最高為8.36，與TS和MS的土壤pH差異顯著（P＜0.05）。草原土壤質(zhì)地以沙粒為主（＞70%），粗粉砂含量次之（5%～25%），細(xì)粘粒含量最少（＜5%）；在三種草原土壤中，DS砂粒含量最高但粗粉砂和細(xì)粘粒含量最低；砂粒含量、粗粉砂含量和細(xì)粘粒含量在DS與MS之間差異顯著（P＜0.05），在TS與MS之間無(wú)顯著差異。土壤含水率沿著DS-TS-MS顯著增加（P＜0.05），依次為0.99%，5.19%，13.34%，MS土壤含水率是DS和TS的13.53倍和2.58倍。沿著DS-TS-MS，有機(jī)質(zhì)含量依次為12.14，35.69，37.98 g·kg^-1，總氮含量依次為1.29，2.13，2.81 g·kg^-1，總磷含量依次為0.27，0.51，0.62 g·kg^-1，說(shuō)明土壤養(yǎng)分含量（土壤有機(jī)質(zhì)、總氮和總磷）沿著DS-TS-MS增加，與土壤含水率的變化趨勢(shì)相似；DS與TS之間和DS與MS之間土壤養(yǎng)分含量差異顯著（P＜0.05），說(shuō)明DS土壤養(yǎng)分含量與另外兩種草原相比發(fā)生了顯著變化；但是，土壤養(yǎng)分含量在TS與MS之間無(wú)顯著差異，說(shuō)明TS和MS之間土壤養(yǎng)分含量變化較小，養(yǎng)分較為類似。

2.2 草原土壤真菌多樣性

對(duì)9個(gè)草原土壤樣品ITS1-ITS2區(qū)域測(cè)序，經(jīng)過優(yōu)化過濾低質(zhì)量序列，獲得593805條序列，共計(jì)2083個(gè)ASVs。由圖3可知，所有樣本的稀釋曲線趨于平緩，表明測(cè)序深度合理，序列信息可以反映草原土壤真菌群落的真實(shí)情況；Shannon多樣性指數(shù)沿著DS-TS-MS降低，依次為6.09，5.91，4.92；DS和TS的Chao 1豐富度指數(shù)較為接近，分別為387和367，是MS的1.61和1.52倍；Pielou均勻度指數(shù)也沿著DS-TS-MS降低，分別為0.71，0.69，0.63。草原土壤真菌群落的Shannon指數(shù)、Chao 1指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)均表現(xiàn)為DS＞TS＞MS，但無(wú)顯著差異。

由圖4可知，PCoA1軸和PCoA2軸分別可以解釋38.07%和28.02%的群落組成差異；在代表真菌群落的PCoA1軸上，TS和MS樣本點(diǎn)幾乎都在負(fù)軸區(qū)域，而DS樣品點(diǎn)緊密聚集在正軸區(qū)域，說(shuō)明TS與MS的真菌群落較為相似；DS與TS和MS明顯區(qū)分開且在PCoA1軸上距離相對(duì)較遠(yuǎn)，表明DS與另外兩種草原土壤真菌的群落組成差別較大。PERMANOVA檢驗(yàn)結(jié)果表明三種草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著差異（P＜0.05）。

2.3 草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)

所有樣點(diǎn)共鑒定出11個(gè)真菌門，包括33個(gè)綱、78個(gè)目、161個(gè)科、295個(gè)屬和303個(gè)種。將在任一類型草原中平均相對(duì)豐度高于1%的門定義為真菌優(yōu)勢(shì)門^[19]。三種草原的優(yōu)勢(shì)真菌門包括子囊菌門（Ascomycota）、擔(dān)子菌門（Basidiomycota）、被孢霉門（Mortierellomycota）和壺菌門（Chytridiomycota）（圖5），相對(duì)豐度分別為21.49%～75.17%，5.67%～50.32%，1.53%～30.87%，0.22%～7.56%，這四個(gè)優(yōu)勢(shì)門在DS，TS，MS的累計(jì)平均相對(duì)豐度依次為79.84%，88.30%，90.61%。土壤真菌優(yōu)勢(shì)門的相對(duì)豐度發(fā)生了變化，子囊菌門在DS和TS占絕對(duì)優(yōu)勢(shì)，相對(duì)豐度高于50%；壺菌門是DS的優(yōu)勢(shì)門，TS的非優(yōu)勢(shì)門，在MS不存在；MS的三個(gè)優(yōu)勢(shì)門豐度分布較為均勻。沿著DS-TS-MS，擔(dān)子菌門和被孢霉門的豐度升高，子囊菌門和壺菌門的豐度降低，被孢霉門的豐度在三種類型草原間差異顯著（P＜0.05）。

在屬水平上，將相對(duì)豐度占比大于1.00%的真菌定義為優(yōu)勢(shì)菌屬（圖6）。DS優(yōu)勢(shì)屬依次為光黑殼屬（Preussia，18.52%），鏈格孢屬（Alternaria，5.48%），曲霉菌屬（Aspergillus，2.92%），Monosporascus（2.74%），Darksidea（2.26%），被孢霉屬（Mortierella，1.88%），Acrophialophora（1.80%），Comoclathris（1.61%），鐮刀菌屬（Fusarium，1.31%），Nothophoma（1.09%），彎孢霉屬（Curvularia，1.05%），Naganishia（1.00%）。TS優(yōu)勢(shì)屬包括被孢霉屬、鐮刀菌屬、角擔(dān)菌屬（Ceratobasidium）和Thyrostroma等。MS優(yōu)勢(shì)屬包括角擔(dān)菌屬、Solicoccozyma、被孢霉屬和鐮刀菌屬等。三種草原共24個(gè)優(yōu)勢(shì)屬，被孢霉屬和鐮刀菌屬是共有優(yōu)勢(shì)屬，被孢霉屬的豐度變化情況為DS＜MS＜TS，鐮刀菌屬的豐度變化為MS＜DS＜TS，這兩個(gè)物種在TS的豐度占比之和為32.17%。

真菌群落從目分類水平開始出現(xiàn)差異菌群，共11個(gè)真菌分類群在統(tǒng)計(jì)學(xué)上差異顯著（LDA＞2.0，P＜0.05）（圖7A），說(shuō)明三種草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)發(fā)生了顯著變化。DS中檢測(cè)到8個(gè)差異類群，包括2個(gè)目、1個(gè)科、3個(gè)屬和2個(gè)種；在目水平上有球囊霉目（Glomerales）和囊擔(dān)菌目（Cystofilobasidiales）；在科水平上有Mrakiaceae；在屬水平上有柄孢殼屬（Zopfiella），Limonomyces，Tausonia；在種水平上有Aspergillus_fumigatus和Tausonia_pullulans。TS富集了種水平的Fusarium_polyphialidicum和Sporormiella_minimoides。MS富集了種水平的Acremonium_furcatum。結(jié)合進(jìn)化分支圖和物種的相對(duì)豐度進(jìn)行分析（圖7A和7B），發(fā)現(xiàn)子囊菌門的柄孢殼屬和擔(dān)子菌門的Tausonia和Limonomyces在三種草原土壤中存在差異，這三個(gè)差異菌屬在DS的豐度高于TS，在MS中不存在。

2.4 草原土壤真菌群落功能

真菌群落功能按照營(yíng)養(yǎng)方式（Trophic mode）被劃分為腐生營(yíng)養(yǎng)型（Saprotroph）、病理營(yíng)養(yǎng)型（Pathotroph）和共生營(yíng)養(yǎng)型（Symbiotroph）（圖8A）。三種草原均呈現(xiàn)出腐生營(yíng)養(yǎng)型比例＞病理營(yíng)養(yǎng)型比例＞共生營(yíng)養(yǎng)型比例。DS共生營(yíng)養(yǎng)型的比例最低為4%，而腐生營(yíng)養(yǎng)型和病理營(yíng)養(yǎng)型的比例均高于TS和MS。雖然腐生營(yíng)養(yǎng)型在TS和MS中的占比均最高分別為32%和36%，但是在DS占比高達(dá)為62%，是TS的1.94倍、MS的1.72倍。三種營(yíng)養(yǎng)類型主要分屬于15個(gè)功能群，豐度排名前三的功能群為其他真菌（Other fungi）、未定義腐生真菌（Undefined saprotroph）和植物病原菌（Plant pathogen）（圖8B）。共生營(yíng)養(yǎng)型中的外生菌根（Ectomycorrhizal）豐度較高，體表寄生真菌（Epiphyte）在TS的豐度遠(yuǎn)高于在另外兩種草原中的豐度，其余4種營(yíng)養(yǎng)型的豐度分布較為均勻。病理營(yíng)養(yǎng)型中，植物病原菌占比最高且沿著DS-TS-MS減少，動(dòng)物病原菌（Animal pathogen）的豐度沿著DS-TS-MS增加。雖然草原土壤真菌功能群發(fā)生變化，但是15個(gè)功能群的豐度在三種類型草原間并無(wú)顯著差異，說(shuō)明三種類型草原真菌群落發(fā)揮的主要功能基本一致。

2.5 草原土壤真菌群落與環(huán)境因子的冗余分析

通過冗余分析探明草原土壤中門水平真菌與土壤環(huán)境因子的相關(guān)關(guān)系（圖9）。RDA1和RDA2對(duì)真菌群落的解釋率分別為69.81%和17.09%，累計(jì)解釋率達(dá)到86.90%，說(shuō)明RDA排序結(jié)果可靠，這兩個(gè)排序軸可以較好地反映土壤真菌群落與理化性質(zhì)之間的相關(guān)關(guān)系。在代表真菌群落的RDA1軸上，樣本點(diǎn)DS，TS，MS從左到右明顯地分散開，該軸與pH負(fù)相關(guān)性較強(qiáng)，與總磷有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系。土壤環(huán)境因子在RDA1軸和RDA2軸上均存在明顯分異，草原土壤真菌群落與pH和砂粒呈負(fù)相關(guān)，與細(xì)粘粒、有機(jī)質(zhì)、總氮、含水率和總磷呈正相關(guān)。優(yōu)勢(shì)菌門與環(huán)境因子的相關(guān)性較好，砂粒和pH與子囊菌門和壺菌門呈正相關(guān)，細(xì)粘粒、有機(jī)質(zhì)、總氮、含水率和總磷與擔(dān)子菌門和被孢霉門呈正相關(guān)。土壤含水率對(duì)真菌群落組成變異的解釋度為48.2%，對(duì)草原土壤真菌群落的變化影響顯著（P＜0.05）。

3 討論

3.1 不同類型草原土壤真菌群落多樣性

土壤微生物多樣性是評(píng)價(jià)群落特征和穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，通常土壤微生物群落多樣性越高、群落結(jié)構(gòu)越復(fù)雜，則土壤生態(tài)系統(tǒng)越穩(wěn)定^[20]。三種草原真菌群落的Shannon多樣性指數(shù)、Chao 1豐富度指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)差異不顯著，但均沿著荒漠-典型-草甸草原在水平梯度上降低。草原土壤真菌群落多樣性發(fā)生變化，可能是由于三種草原間土壤水分發(fā)生了顯著變化。土壤含水量影響微生物棲息地和生態(tài)位的形成，并對(duì)碳和養(yǎng)分轉(zhuǎn)化產(chǎn)生連鎖效應(yīng)，影響了土壤真菌的數(shù)量和活動(dòng)狀態(tài)，進(jìn)而改變了真菌群落的多樣性^[21-22]。荒漠草原中土壤真菌多樣性較高，可能是由于荒漠草原氣溫高、降水少和養(yǎng)分含量低，物種之間競(jìng)爭(zhēng)激烈和適于微生物生存的生態(tài)幅較窄，導(dǎo)致其具有較高的多樣性^{[20，23]}。

3.2 不同類型草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)

優(yōu)勢(shì)菌在決定微生物群落平衡方面起著重要作用，影響微生物的群落結(jié)構(gòu)^[23]。三種草原門水平相對(duì)豐度＞1%的真菌有子囊菌門、擔(dān)子菌門、被孢霉門和壺菌門，這與韓麗等^[6]和王占青等^[23]的研究結(jié)果相似。子囊菌門在荒漠草原和典型草原上占有絕對(duì)優(yōu)勢(shì)且與草甸草原具有顯著差異，可能是受土壤含水率的影響。Wang等^[24]研究了內(nèi)蒙古不同類型草原土壤真菌群落的空間分異，發(fā)現(xiàn)在干旱時(shí)土壤真菌群落將會(huì)轉(zhuǎn)向由子囊菌門主導(dǎo)的群落組成。真菌優(yōu)勢(shì)屬的豐度發(fā)生明顯變化，三種草原共發(fā)現(xiàn)24個(gè)真菌優(yōu)勢(shì)屬，但只有被孢霉屬和鐮刀菌屬存在于所有樣本中?？梢姴煌愋筒菰寥勒婢S度發(fā)生了變化，真菌群落結(jié)構(gòu)表現(xiàn)出顯著差異。

微生物對(duì)地上植被變化的響應(yīng)主要表現(xiàn)為某一物種的相對(duì)豐度變化，同一門類下的物種對(duì)環(huán)境變化的響應(yīng)可能一致^[25-26]。三種草原土壤真菌群落共檢測(cè)出了11個(gè)差異類群，分屬于子囊菌門、擔(dān)子菌門和球囊菌門。韓麗等^[6]對(duì)內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶與農(nóng)田相鄰的溫帶草原土壤真菌群落研究也發(fā)現(xiàn)，土壤真菌組間差異的標(biāo)志物種分別為擔(dān)子菌門、油壺菌門、球囊菌門和被孢霉門。沿著自西向東連續(xù)分布的荒漠-典型-草甸草原，子囊菌門的豐度顯著降低，子囊菌門下柄孢殼屬的豐度也顯著降低；擔(dān)子菌門的豐度升高，而擔(dān)子菌門下屬水平物種Tausonia和Limonomyces的相對(duì)豐度卻顯著降低。草原土壤真菌群落與植物群落密切相關(guān)，植物群落組成的變化規(guī)律往往被用作草原類型的指標(biāo)^[6-7]。研究發(fā)現(xiàn)真菌差異物種的豐度變化沿著荒漠-典型-草甸草原具有規(guī)律性，柄孢殼屬、Tausonia和Limonomyces還具有作為荒漠草原生物標(biāo)記物的潛力，推測(cè)真菌群落差異物種的豐度變化能在一定程度上用來(lái)指示草原類型。

3.3 不同類型草原土壤真菌群落功能分析

真菌群落為了適應(yīng)環(huán)境的變化，可以同時(shí)采用多種營(yíng)養(yǎng)方式^[27]。本研究中，不同類型草原的主要營(yíng)養(yǎng)類型同為腐生型真菌、病理型真菌和共生營(yíng)養(yǎng)型，這與朱書紅等^[24]和陳興瓊等^[28]的研究結(jié)果一致。腐生營(yíng)養(yǎng)型真菌的豐度最高，腐生菌群的主要作用是將土壤中的有機(jī)質(zhì)分解為植物能夠吸收的礦物質(zhì)營(yíng)養(yǎng)^[29]。子囊菌門真菌以腐生菌居多，可分解多種難降解物質(zhì)，是土壤中有機(jī)物的重要分解者，對(duì)環(huán)境脅迫不敏感^[30]?；哪菰懈鸂I(yíng)養(yǎng)型菌群占比較高，可能與荒漠草原中凋落物為相關(guān)微生物群落提供了營(yíng)養(yǎng)有關(guān)。植物病原菌在所有功能群中占比最高且豐度沿著荒漠-典型-草甸草原下降。研究表明，植物多樣性和覆蓋率的提高與植物病原體的增加有關(guān)，草原土壤退化可能有利于根際病原微生物的生長(zhǎng)^[10]。三種類型草原自西向東荒漠化程度降低同時(shí)植被覆蓋率升高，植物病原菌豐度降低。共生營(yíng)養(yǎng)型所占比例最低，但是外生菌根功能群的豐度較高。外生菌根真菌在促進(jìn)土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解及植物對(duì)有機(jī)、無(wú)機(jī)元素吸收，提高植物抗病和抗逆性等方面具有重要意義^[31]。擔(dān)子菌門是普遍存在的外生菌根真菌，能夠降解木質(zhì)素等難以分解的物質(zhì)，促進(jìn)草原土壤養(yǎng)分循環(huán)^[32]。盡管真菌的營(yíng)養(yǎng)型和功能群豐度發(fā)生了明顯變化，但是主要功能群豐度在三種類型草原間無(wú)顯著差異，發(fā)揮著較為相似的功能。

3.4 影響不同類型草原土壤真菌群落的關(guān)鍵因子

土壤理化性質(zhì)是微生物群落結(jié)構(gòu)變化和空間分布的主要驅(qū)動(dòng)力，揭示土壤與微生物之間的關(guān)系是當(dāng)前生態(tài)學(xué)和土壤學(xué)的研究熱點(diǎn)之一^[33]。分析發(fā)現(xiàn)土壤含水率是影響草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的主要環(huán)境因子。在荒漠草原、典型草原和草甸草原中，任意兩種草原的土壤含水率均存在顯著差異，已有研究表明不同草地類型土壤含水率的分布特征會(huì)存在差異^[34]。土壤含水率發(fā)生變化可能是受土壤荒漠化的影響，沿著荒漠-典型-草甸草原土壤荒漠化程度減輕。魏晶晶等^[35]對(duì)不同退化程度高寒草地研究發(fā)現(xiàn)，從輕度退化至高度退化，草原土壤含水率呈減少趨勢(shì)且差異性顯著。草原土壤的含水率與養(yǎng)分密切相關(guān)，適量增加土壤含水量可以增加土壤速效養(yǎng)分含量、提高土壤肥力，影響土壤微生物活動(dòng)和碳氮循環(huán)，進(jìn)而改變微生物的群落結(jié)構(gòu)^[36-37]。研究發(fā)現(xiàn)，土壤含水率與土壤養(yǎng)分呈正相關(guān)，對(duì)擔(dān)子菌門和被孢霉門的影響較大。擔(dān)子菌門和被孢霉門是除子囊菌門外三種草原土壤真菌群落的主要優(yōu)勢(shì)門，擔(dān)子菌門能夠促進(jìn)土壤中有機(jī)物質(zhì)的分解，被孢霉門豐度的提升有助于補(bǔ)充土壤氮源和碳源，對(duì)草原土壤養(yǎng)分循環(huán)起著至關(guān)重要的作用^[32]。土壤含水率影響了真菌主要優(yōu)勢(shì)門的豐度，在一定程度上改變了土壤真菌群落的結(jié)構(gòu)。

4 結(jié)論

內(nèi)蒙古荒漠-典型-草甸草原土壤的理化性質(zhì)與真菌群落結(jié)構(gòu)和功能均發(fā)生了變化。真菌群落功能雖然均呈現(xiàn)出腐生營(yíng)養(yǎng)型比例＞病理營(yíng)養(yǎng)型比例＞共生營(yíng)養(yǎng)型比例，但是不同類型草原之間土壤真菌群落主要功能群的豐度無(wú)差異。土壤粗粉砂、細(xì)粘粒、含水率、有機(jī)質(zhì)、總氮和總磷的含量均沿著荒漠-典型-草甸草原呈現(xiàn)出增高的變化趨勢(shì)，而真菌群落的Shannon指數(shù)、Chao 1指數(shù)和Pielou均勻度指數(shù)沿著荒漠-典型-草甸草原降低，三種類型草原的土壤理化性質(zhì)和真菌群落結(jié)構(gòu)具有顯著差異。土壤含水率在任意兩種類型草原間差異顯著，與優(yōu)勢(shì)門擔(dān)子菌門和被孢霉門具有較強(qiáng)的正相關(guān)關(guān)系，是顯著影響三種類型草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵環(huán)境因子。

參考文獻(xiàn)

[1] 董世魁，唐芳林，平曉燕，等.新時(shí)代生態(tài)文明背景下中國(guó)草原分區(qū)與功能辨析[J].自然資源學(xué)報(bào)，2022，37（3）：568-581

[2] 冷從斌，陳俊松，李雄，等.我國(guó)草原生態(tài)修復(fù)措施體系研究[J].中國(guó)水土保持，2022（10）：53-56

[3] 樂榮武，張娜，王晶杰，等.2000—2019年內(nèi)蒙古草地地上生物量的時(shí)空變化特征[J].中國(guó)科學(xué)院大學(xué)學(xué)報(bào)，2022，39（1）：21-33

[4] 沈貝貝，魏一博，馬磊超，等.內(nèi)蒙古草原植被覆蓋度時(shí)空格局變化及驅(qū)動(dòng)因素分析[J].農(nóng)業(yè)工程學(xué)報(bào)，2022，38（12）：118-126

[5] 王鶴琪，范高華，黃迎新，等.中國(guó)北方草地生產(chǎn)力研究進(jìn)展[J].生態(tài)科學(xué)，2022，41（5）：219-229

[6] 韓麗，李立軍，趙舉，等.內(nèi)蒙古農(nóng)牧交錯(cuò)帶農(nóng)田與草地土壤真菌群落特征差異性分析[J].北方農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)，2022，50（2）：38-46

[7] 王健宇，孟澤昕，王瑞，等.局地尺度高寒草原土壤真菌多樣性對(duì)地上植物多樣性與生產(chǎn)力關(guān)系的調(diào)控作用[J].草地學(xué)報(bào)，2020，28（6）：1498-1507

[8] 李挺，周平，李泰輝，等.南嶺典型植被土壤真菌群落結(jié)構(gòu)與影響因素[J].菌物學(xué)報(bào)，2023，42（2）：456-467

[9] 楊虎，王佩瑤，李小偉，等.賀蘭山東坡不同植被類型的土壤真菌多樣性及其群落結(jié)構(gòu)[J].生態(tài)環(huán)境學(xué)報(bào)，2022，31（2）：239-247

[10]樊丹丹，劉艷嬌，曹慧麗，等.圍欄工程對(duì)退化草地土壤理化性質(zhì)和微生物群落的影響[J].科技導(dǎo)報(bào)，2022，40（3）：41-51

[11]WU L，ZHANG Y，GUO X，et al. Reduction of microbial diversity in grassland soil is driven by long-term climate warming[J]. Nature Microbiology，2022，7（7）：1054-1062

[12]閆瑾，紅梅，葉賀，等.短花針茅荒漠草原土壤真菌群落結(jié)構(gòu)對(duì)水氮控制的響應(yīng)[J].中國(guó)草地學(xué)報(bào)，2021，43（10）：37-45

[13]WIDDIG M，HEINTZ-BUSCHART A，SCHLEUSS P-M，et al. Effects of nitrogen and phosphorus addition on microbial community composition and element cycling in a grassland soil[J]. Soil Biology and Biochemistry，2020（151）：108041

[14]賈美清，黃靜，孟元，等.內(nèi)蒙古荒漠草原土壤可培養(yǎng)真菌的群落結(jié)構(gòu)和空間分布分析[J].草地學(xué)報(bào)，2017，25（2）：315-321

[15]苗百嶺，梁存柱，韓芳，等.內(nèi)蒙古主要草原類型植物物候?qū)夂虿▌?dòng)的響應(yīng)[J].生態(tài)學(xué)報(bào)，2016，36（23）：7689-7701

[16]BOLYEN E，RIDEOUT J R，DILLON M R，et al. Reproducible，interactive，scalable and extensible microbiome data science using QIIME 2[J]. Nature Biotechnology，2019，37（8）：852-857

[17]ZHANG C，LI S，YANG L，et al. Structural modulation of gut microbiota in life-long calorie-restricted mice[J]. Nature Communications，2013，4（1）：2163

[18]NGUYEN N H，SONG Z，BATES S T，et al. FUNGuild：An open annotation tool for parsing fungal community datasets by ecological guild[J]. Fungal Ecology，2016（20）：241-248

[19]羅正明，赫磊，劉晉仙，等.土壤真菌群落對(duì)五臺(tái)山亞高山草甸退化的響應(yīng)[J].環(huán)境科學(xué)，2022，43（6）：3328-3337

[20]ZHOU J，F(xiàn)ONG J J. Strong agricultural management effects on soil microbial community in a non-experimental agroecosystem[J]. Applied Soil Ecology，2021（165）：103970

[21]邵文山，李國(guó)旗，陳科元，等.荒漠草原四種常見植物群落土壤養(yǎng)分及土壤微生物特征[J].北方園藝，2016（15）：161-166

[22]JANSSON J K，HOFMOCKEL K S. Soil microbiomes and climate change[J]. Nature Reviews Microbiology，2020，18（1）：35-46

[23]王占青，張杰雪，楊雪蓮，等.高寒草甸不同斑塊草地土壤微生物多樣性特征研究[J].草地學(xué)報(bào)，2021，29（9）：1916-1926

[24]WANG D，RUI Y，DING K，et al. Precipitation drives the biogeographic distribution of soil fungal community in Inner Mongolian temperate grasslands[J]. Journal of Soils and Sediments，2018，18（1）：222-228

[25]FRIEDMAN J，HIGGINS L M，GORE J. Community structure follows simple assembly rules in microbial microcosms[J]. Nature Ecology and Evolution，2017，1（5）：0109

[26]ISOBE K，ALLISON S D，KHALILI B，et al. Phylogenetic conservation of bacterial responses to soil nitrogen addition across continents[J]. Nature Communications，2019，10（1）：2499

[27]程躍揚(yáng)，靳振江，王曉彤，等.土地利用方式對(duì)會(huì)仙巖溶濕地土壤真菌群落和功能類群的影響[J].環(huán)境科學(xué)，2020，41（9）：4294-4304

[28]陳興瓊，李金娜，國(guó)一凡，等.華北平原春玉米多熟種植模式對(duì)土壤真菌群落的影響[J].中國(guó)生態(tài)農(nóng)業(yè)學(xué)報(bào)（中英文），2022，30（10）：1588-1600

[29]BEIMFORDE C，F(xiàn)ELDBERG K，NYLINDER S，et al. Estimating the Phanerozoic history of the Ascomycota lineages：Combining fossil and molecular data[J]. Molecular Phylogenetics and Evolution，2014（78）：386-398

[30]馬靜，董文雪，朱燕峰，等.東部平原礦區(qū)復(fù)墾對(duì)土壤微生物固碳潛力的影響[J].煤炭學(xué)報(bào)，2022，47（3）：1306-1317

[31]于占湖.大型真菌多樣性及在森林生態(tài)系統(tǒng)中的作用[J].中國(guó)林副特產(chǎn)，2007（3）：81-85

[32]ZHONG Z，LI W，LU X，et al. Adaptive pathways of soil microorganisms to stoichiometric imbalances regulate microbial respiration following afforestation in the Loess Plateau，China[J]. Soil Biology and Biochemistry，2020（151）：108048

[33]安克儉，魏霞，賀燕，等.祁連山區(qū)4種高寒植被類型下土壤養(yǎng)分及含水率分布[J].水土保持通報(bào)，2022，42（3）：16-22

[34]魏晶晶，秦瑞敏，張中華，等.不同退化程度高寒草地植物群落與土壤性質(zhì)變化及相關(guān)性分析[J].草地學(xué)報(bào)，2022，30（11）：3035-3045

[35]朱永官，陳保冬，付偉.土壤生態(tài)學(xué)研究前沿[J].科技導(dǎo)報(bào)，2022，40（3）：25-31

[36]MA H-K，BAI G-Y，SUN Y，et al. Opposing effects of nitrogen and water addition on soil bacterial and fungal communities in the Inner Mongolia steppe：A field experiment[J]. Applied Soil Ecology，2016（108）：128-135

[37]SARTO M V M，BORGES W L B，BASSEGIO D，et al. Soil microbial community，enzyme activity，C and N stocks and soil aggregation as affected by land use and soil depth in a tropical climate region of Brazil[J]. Archives of Microbiology，2020，202（10）：2809-2824

（責(zé)任編輯 劉婷婷）