外生菌根真菌多样性对云杉根际土壤生化性质的影响_张晨洋.pdf

第 41 卷 第 2 期2023 年 4 月四川农业大学学报Journal of Sichuan Agricultural UniversityVol.41 No.2Apr.2023外生菌根真菌多样性对云杉根际土壤生化性质的影响张晨洋，付双嘉，高浩英，王丽霞*（四川农业大学林学院/长江上游林业生态工程四川省重点实验室，成都 611130）摘要：【目的】探究是否由于地上宿主单一导致地下菌根真菌多样性低，进而减缓土壤有机质分解而导致较低的土壤养分有效性。【方法】将不同梯度多样性的外生菌根（ectomycorrhizas，ECM）真菌群落（1、2、4和8种外生菌根真菌）接种于栽植云杉幼苗的灭菌土壤（来源于川西亚高山云杉人工林），并设立对照组CK，1 a后测定根际土壤物理生化性质。【结果】接种4种ECM真菌土壤pH值（5.44）显著高于对照和其他处理（5.215.30）。土壤有机质和有机碳含量随ECM真菌接种多样性的增高呈下降趋势（有机质：37.6222.81 g/kg；有机碳：21.8213.23 g/kg），对照组有机质和有机碳含量显著高于8种外生菌根真菌接种组合处理组（P0.05）。不同梯度多样性的外生菌根真菌群落接种对土壤全氮和全磷含量没有影响。土壤硝态氮（44.8164.56 mg/kg）、无机氮（68.4587.23 mg/kg）和可溶性全氮（341.28483.72 mg/kg）含量有随着外生菌根真菌多样性的增加而增加的趋势，但4种外生菌根真菌接种处理除外（硝态氮29.68 mg/kg；无机氮49.65 mg/kg；可溶性全氮181.18 mg/kg），总体说明这4种真菌组合可能有利于宿主植物对氮的吸收，但不利于从有机质中活化氮组分。【结论】外生菌根真菌群落的多样性越高，可通过外生菌根真菌物种间的功能互补作用，越能促进有机质分解和提高氮可利用性。试验结果为菌根真菌多样性在西南亚高山土壤生态功能中的作用提供数据支撑和理论基础。关键词：外生菌根真菌多样性；土壤生化性质；粗枝云杉；川西亚高山中图分类号：S714.2 文献标志码：A 文章编号：1000-2650（2023）02-0230-10Effects of Ectomycorrhizal Fungal Diversity on Biochemical Properties of Spruce Rhizosphere SoilZHANG Chenyang，FU Shuangjia，GAO Haoying，WANG Lixia*（College of Forestry，Sichuan Agricultural University/Sichuan Key Laboratory of Forestry Ecological Engineering in the Upper Reaches of Yangtze River，Chengdu 611130，China）Abstract:【Objective】This study aimed to explore whether a single above-ground host plant can slow down the decomposition of soil organic matter by reducing the diversity of underground mycorrhizal fungi，and ultimately reducing the availability of soil nutrients.【Method】In view of this，ECM fungal communities with different gradients of diversity（1，2，4，8 species of ectomycorrhizal fungi）were inoculated into the sterilized soil of Picea asperata seedlings（collected from the subalpine P.asperata plantation in southwest China），and the control（CK）was also established.After one year，the physical and biochemical properties of the rhizosphere soil were determined.【Result】The results showed that the pH value of soil inoculated with four ECM fungi（5.44）was significantly higher than that of control and other treatments（5.21-5.30）.The contents of soil organic matter and organic carbon decreased with the increase of ECM fungal diversity（organic matter，37.62-22.81 g/kg；organic carbon，21.82-13.23 g/kg）.The contents of organic matter and organic carbon in the control were significantly higher than those in the eight ectomycorrhizal fungal inoculation groups（P 0.05）.Inoculation of ectomycorrhizal fungi with different gradients of diversity had no effect on soil total nitrogen or total phosphorus contents.The condoi:10.16036/j.issn.1000-2650.202207187收稿日期：2022-07-05基金项目：国家自然科学基金项目（31800519）。作者简介：张晨洋，硕士研究生。*责任作者：王丽霞，博士研究生，副教授，主要从事菌根真菌及森林生态物质循环方面的研究，E-mail：。第 2 期张晨洋，等：外生菌根真菌多样性对云杉根际土壤生化性质的影响tents of soil nitrate nitrogen（44.81-64.56 mg/kg），inorganic nitrogen（68.45-87.23 mg/kg），and total dissolved nitrogen（341.28-483.72 mg/kg）increased with the increase in the ECM fungal diversity，except for the inoculation of four species of ectomycorrhizal fungi（nitrate nitrogen，29.68 mg/kg；inorganic nitrogen，49.65 mg/kg；total dissolved nitrogen，181.18 mg/kg），suggesting that these four fungal combinations could facilitate the host-plant to acquire nitrogen，but are not conducive to the activation of nitrogen components from organic matter.【Conclusion】The higher the diversity of the ectomycorrhizal fungal community，the stronger the effect on the decomposition of organic matter and the improvement of nitrogen availability.The results can provide data support and a theoretical basis for the role of mycorrhizal fungal diversity in soil ecological function in the southwest Subalpine region.Keywords:ectomycorrhizal fungal diversity；soil biochemical properties；Picea asperata；Western Sichuan subalpine外生菌根（ectomycorrhizas,ECM）是高等植物根系与真菌形成的互惠共生体，它可通过菌丝扩大吸收面积或通过分泌有机酸风化原生矿物、分泌胞外酶活化有机质中固定的氮磷养分，从而增强宿主植物对养分的吸收1-5。ECM真菌具有丰富的多样性，不同种类或基因型的菌根真菌在生理特征、侵染程度、菌丝生长速度、分泌有机酸及胞外酶能力和类型上存在显著差异6-7，例如K.Stuart等6研究发现ECM真菌Pisolithus albus和Pisolithus microcarpus可能由于分泌磷活化酶不同导致两者活化磷能力存在差异。此外也有研究发现8，双色蜡蘑（Laccaria bicolor）、红褐乳菇（Lactarius rufus）和肝螺乳菇（Lactarius hepalicus）3种不同类型的真菌对铵盐的吸收能力也明显的不同。上述菌根真菌种间差异导致菌根真菌之间出现生态位互补、竞争、促进和选择效应7,9-11。例如L.M.Jonsson等10的研究发现，由于宿主植物及土壤环境等对ECM真菌的选择作用，导致在ECM真菌群落中仅少数几种ECM真菌占据优势地位，从而与其他ECM真菌在土壤资源利用方面产生竞争作用，进而抑制了其他菌根真菌的繁殖及功能发挥。其次，关于菌根真菌物种间的互补作用，随宿主植物根系侵染的ECM真菌种类的增多，能够分泌的有机酸和胞外酶等种类也将增多，其服务宿主植物吸收利用土壤养分的能力也将进一步增强。因此具有较高多样性的菌根真菌群落和其群落内的个体差异可能对寄主生长和营养获取有重要的影响11。且这些种内和种间效应也是支撑生物多样性-生态系统功能关系的主要机制，同时也赋予了生态系统应对环境变化的绝佳恢复力12-13。因此，研究外生菌根真菌的种内和种间多样性对生态系统功能的维持和提升有重要的作用14-15。目前对ECM真菌多样性的研究，主要集中在气候变化及环境因子对ECM真菌多样性的影响16-18，以及ECM真菌丰度、丰富度、侵染率等对植物养分吸收及生长的影响19-21。关于ECM真菌接种的研究较少，且接种试验研究多集中于单一ECM真菌种类对植物生物量及生长特征的影响，或接种ECM真菌对提高宿主抗逆性的研究21-24。而关于不同多样性的ECM真菌接种对植物根际土壤生化性质影响的研究相对缺乏25。云杉（Picea asperata Mast.）隶属于松科云杉属，为四川亚高山区重要组成树种。近些年来，由于人类活动的影响，造成川西森林生态系统严重退化。虽然在原始林中进行了大规模的人工造林（已成为该区森林的重要组成部分），但是由于物种单一，生态功能难以恢复。因此导致该区域环境恶化、生物多样性锐减，森林生态逆向演替明显，因此加强恢复亚高山人工针叶林退化生态系统和生态功能，使其能够持续天然更新是当前面临的主要任务。而目前关于川西人工林天然更新的研究还主要集中于林窗形成对云杉种子萌发的影响26；粗枝云杉的土壤微生物生物量碳、氮及功能群组成分析27；以及云杉人工林分结构调控下植物与土壤动物多样性的调查等28。而在亚高山人工针叶林的生态恢复过程中，有重要调控作用的地下菌根真菌多样性还缺乏系统深入的认识。有大量研究表明宿主植物多样性与外生菌根真菌多样性呈显著正相关关系29，同时我们在调查川西亚高山云杉人工林和天然林时发现，天然林的外生菌根真菌群落多样性要显著高于云杉人工林。基于上述研究和调查结果，针对川西亚高山人工针叶林在天然更新中所面临的土壤生态问题，我们提出川西亚高山人工林是不是由于地上宿主单一导致地下菌根真菌多样性低进而减缓土壤有机质分解而导致较低的土壤养分有效性？因此本文通过野外实践调查菌根231四川农业大学学报第 41 卷 真菌多样性与川西亚高山森林生物多样性之间的相关关系，确定对川西亚高山人工针叶林有重要影响的外生菌根真菌种类及组合，然后以川西亚高山人工针叶林主要树种云杉为研究对象，通过室内育苗培养，接种5种多样性梯度的外生菌根真菌（对照、1、2、4和8种外生菌根真菌），并定期对土壤pH、含水率、总有机碳、可溶性有机碳、有机质、全氮（土壤中所有氮素含量）、可溶性全氮（稳定态有机氮与无机氮的中间产物）、铵态氮、硝态氮、无机氮（硝态氮和铵态氮之和）、全磷、微生物生物量碳和微生物生物量氮等物理生化性质进行测定，进而深入阐述地下菌根真菌多样性对土壤生化性质的影响机制。为菌根真菌多样性在川西亚高山人工针叶林土壤生态功能中的作用提供数据支撑。1材料和方法1.1土壤、外生菌根真菌子实体和云杉种子采集于2019年9月初在四川省阿坝州理县米亚罗自然保护区人工云杉林（10321E，3140N）采集土壤（厚度约为15 cm）和云杉种子。将土壤风干后过5 mm筛，进行高压灭菌后待用。同时，我们在云杉天然林中采集子实体8种（图2），这些子实体在天然林中较为丰富，人工林中较为贫乏，每种采集10株至更多（经前期调查，与人工林相比，在天然林中出现频率和丰度都比较高的种类）。用毛刷将子实体附着的土壤颗粒及杂质去除，然后在40 的烘箱烘至48 h，室温保存。将烘干菌株磨碎，用无菌水稀释至孢子浓度为1106孢子/mL（利用血细胞计数器测量）时待用，具体操作参考文献30。1.2室内育苗及真菌接种将采集的云杉种子，用30%H2O2消毒30 min后用无菌水冲洗，将消毒并冲洗后的种子播种到含有1%葡萄糖的水琼脂培养皿上，在温度20 以及连续荧光灯下萌发两周，直到主根长至10 mm长。将云杉小幼苗移栽到含有泥炭土、珍珠岩和蛭石（2 1 1）的无菌植物组织培养瓶里，放置在 2 m（长）1 m（宽）0.3 m（深）种子托盘中，在22 恒温（日光：黑暗=16 h：8 h）人工气候箱中培养，每隔两周补充一次营养液，4个月后选择长势一致的幼苗进行接种实验，接种前操作均需处于无菌环境中。将采集的亚高山针叶林云杉人工林自然生长环境的015 cm表层土作为基质，风干后过2 mm筛，进行两轮高压灭菌（121，20 min）。将土壤分装到46个花盆里，随后将上述长势一致的幼苗移栽到花盆中，每个花盆栽种一株云杉幼苗，放置在带空调气候室中培养，气候室恒定温度为20，全光谱生长灯从早晨7：30亮至傍晚18：30，设有室内加湿器使室内湿度保持在60%。并每隔4 d给幼苗喷洒等量的水，46个花盆分为5种不同梯度的外生菌根真菌多样性接种处理，除空白对照14个重复，其他接种处理皆是8个重复（CK.无接种组；S1.1种真菌接种组；S2.2种真菌接种组；S4.4种真菌接种组；S8.8种真菌接种组）。处理时用注射器将制备好的外生菌根真菌孢子液体喷洒至土壤表面，每种处理的外生菌根真菌组合见表1。如表1所示，每种外生菌根真菌体积为25 mL（浓度为1106孢子/mL），为了保持处理组之间的一致性，剩余体积用灭菌(无活性)的外生真菌孢子液进行补充（4 种接种处理补充100 mL；两种接种处理补充150 mL；一种接种处理补充175 mL；对照补充200 mL），具体方法参考文献31。1.3外生菌根真菌侵染判断及种类鉴定从2019年9月接种后开始培养，直到2020年7月按照实验处理分组收集培养后的云杉幼苗以及表1外生菌根真菌种类及接种处理方式Table 1Species and inoculation methods of ectomycorrhizal fungimL外生菌根真菌种类Ectomycorrhizal speciesRussula virescens(RV)Hebeloma leucosarx(HL)Rhizopogon luteolus(RL)Leucocortinarius bulbiger(LB)Suillus grevillei(SG)Cortinarius rubricosus(CR)Inocybe geophylla(IG)Tricholoma fulvum(TF)对照CK00000000S11种250000000S22种2525000000S44种252525250000S88种2525252525252525232第 2 期张晨洋，等：外生菌根真菌多样性对云杉根际土壤生化性质的影响土壤（对照组14盆，其余处理组各8盆）。利用体式显微镜观察外生菌根真菌对云杉幼苗根系是否侵染成功。在显微镜下观察发现，S4和S8实验组各有2株幼苗未被外生菌根真菌侵染。剩余的S4均被侵染34种外生菌根真菌，S8均被侵染58种外生菌根真菌。S2实验组有1株幼苗未成功侵染。在S1实验组中，有2株未成功定殖。CK对照组中有1株幼苗被Russula virescens侵染，因此与S1合并进行后续计算。CK中有3株幼苗被真菌污染，但无法用分子方法鉴定。因此，将它们从分析中删除。最后，CK组有10个花盆作为重复，S1、S2有7个花盆作为重复，S4、S8试验组有6个花盆作为重复。侵染成功的外生菌根在显微镜下进行形态分类，并将每种外生菌根真菌所侵染的根尖在体式显微镜下计数，菌根侵染率（）=（形成菌根根段数/被检根段总数）10032。各处理间的外生菌根真菌侵染率见附图 3。随后根据 DNeasy plant mini kit（Qiagen）试剂盒的说明步骤对每种外生菌根真菌所侵染云杉根尖进行 DNA 提取，再利用真菌特定引物 ITS1F（CTTGGTCATTTAGAGGAAGTAA）和 ITS4（TCCTCCGCTTATTGATATGC）进行扩增并测序，最终得到的序列通过 NBCI（https:/www.ncbi.nlm.nih.gov/）和Unite fungi（https:/unite.ut.ee/）真菌鉴定网站进行比对，确认外生菌根真菌种类如下表，外生菌根真菌信息皆参考相关文献33-40。测序序列已储存在NBCI基因库中（登录号OL475404-OL475411）。1.4土壤物理生化性质测定我们利用抖落法取云杉幼苗根际土壤41，土壤过2 mm筛后，分为两部分，一部分鲜土用于测定土壤水分、铵态氮、硝态氮、微生物生物量碳氮、可溶性全氮和可溶性有机碳。剩余风干部分用于测定土壤pH、有机碳、全氮和全磷含量。利用电位法对土壤pH进行测定42(水土比为2.5 1)；利用烘干法对土壤水分进行测定43；风干土壤过100目（0.149 mm）筛后，取0.01 g，利用重铬酸钾容量法-外加热法对土壤总有机碳含量进行测定44；取0.20 g（0.149 mm）风干土利用半微量凯氏定氮法对土壤全氮含量进行测定45；取0.20 g（0.149 mm）风干土经过高氯酸-浓硫酸分解后，利用钼锑抗-比色法46（波长：700 nm）对土壤全磷含量进行测定；微生物生物量碳和氮的测定采用氯仿熏蒸浸提法47，熏蒸组用去乙醇氯仿熏蒸24 h，然后用0.5 mol/L K2SO4溶液浸提。对照组（未熏蒸），提取过程同熏蒸组。浸提液中的总有机碳和全氮采用全自动碳氮分析仪（Multi N/C 2100,Analytik Jena,Germany）测定。微生物生物量碳的转换系数采用0.4548，微生物生物量氮的转换系数采用0.5449。可溶性有机碳和可溶性全氮含量使用对照组提取的总有机碳、全氮含量；取10 g鲜土用50 mL 2 mol/L氯化钾提取，硝态氮含量用紫外分光光度校正因数法测定50（波长：220 和 275 nm;UV spectrophotometry（UV-1601,Shimadzu Inc.），而铵态氮含量则用靛酚蓝-比色法进行测定51（波长：625 nm）。1.5数据处理单因素方差分析前对数据进行正态分布及方差齐性检验，部分数据通过数据转换，当满足正态分布及方差齐性时，利用 SPSS（statistical product and service solutions）软件对其进行单因素方差分析，使用LSD方法进行事后两两比较，当满足正态分布及方差不齐时，使用塔姆黑尼方法进行事后两两比较。其余不符合正态分布数据两两比较利用非参数检验不同处理之间土壤理化指标的差异性，最后用Pearson相关性分析检测各指标之间的相关关系，并结合Microsoft Excel及Origin进行数据整理及绘图。2结果与分析2.1外生菌根真菌多样性对土壤理化性质的影响图1a表明，土壤含水率在CK及各处理之间无显著差异，都保持在30%35%之间。图1b所示测得土壤pH均呈弱酸性，其中S4的pH值（5.44）要显著高于CK及其他处理（5.215.30）（P0.05）。如图2a、图2b所示，CK对照组有机质（37.62 g/kg）和有机碳（21.82 g/kg）含量显著高于S8处理组（有机质22.81 g/kg；有机碳13.23 g/kg）（P0.05），总体随ECM真菌接种多样性的增高呈下降趋势。据图2c所示，可溶性有机碳含量各处理之间无显著差异，但在趋势上呈现出ECM真菌接种增加了可溶性有机碳含量，并随接种ECM真菌多样性的增加有所降低。如图3a所示，总体趋势上，随ECM真菌接种多样性的增高土壤硝态氮含量呈上升趋势，除 S4（29.68 mg/kg）土壤硝态氮含量显著低于CK及其他处理（P0.05）之外，S2（53.15 mg/kg）和S8（64.56 mg/kg）土壤硝态氮含量显著高于CK（44.81 mg/kg）和S1（48.30 mg/kg）处理（P0.05）。图 3b 显示，S2（30.89 mg/kg）土壤铵态氮含量显著高于其他处理（P0.05）。图3c显示，土壤无机氮含量与土壤硝态氮含量的趋势相似，随ECM真菌接种多样性的增高呈233四川农业大学学报第 41 卷 图2外生菌根真菌多样性对有机质含量、有机碳含量和可溶性有机碳含量的影响Figure 2Effect of ectomycorrhizal fungal diversity on organic matter content,organic carbon content,and dissolved organic carbon content误差棒表示标准误差，不同字母代表处理间差异显著（P 0.05，n 5）。下同。Error bars indicate the standard error.Different letters represent significant differences between treatments（P 0.05，n 5）.The same as below.图 1外生菌根真菌多样性对土壤酸碱度和土壤含水率的影响Figure 1Effect of ectomycorrhizal diversity on soil pH and soil moisture content图3外生菌根真菌多样性对土壤硝态氮、铵态氮、无机氮、可溶性全氮、全氮和全磷含量的影响Figure 3Effect of ectomycorrhizal fungal diversity on nitrate nitrogen,ammonium nitrogen,inorganic nitrogen,total dissolved nitrogen,total nitrogen,and total phosphorus content234第 2 期张晨洋，等：外生菌根真菌多样性对云杉根际土壤生化性质的影响上升趋势（S4除外），S8（87.23 mg/kg）（P0.05）的无机氮含量显著高于S4（49.65 mg/kg）和CK（68.45 mg/kg）；S4（49.65 mg/kg）的无机氮含量显著低于其他处理（P0.05）（图3c）。除此之外，我们发现S2（483.72 mg/kg）和S8（424.12 mg/kg）的可溶性全氮含量要显著高于S4（181.18 mg/kg）（P0.05）（图3d）。而土壤全氮和全磷含量在各处理组之间无显著差异（图3e和图3f）。2.2外生菌根真菌多样性对土壤生物性质的影响图4a所示，S4（620.1 mg/kg）土壤微生物生物量碳含量显著低于S2（1 140.45 mg/kg）（P0.05），而与其他处理之间无显著差异。虽然土壤微生物生物量氮含量、微生物生物量碳氮比（微生物生物量C N）在各处理之间无显著差异，但S4的微生物生物量碳、氮（154.7 mg/kg）含量均最低，而微生物生物量C N却最高（6.31）（图4b、图4c）。2.3土壤物理化学生物指标的双变量Pearson相关关系分析如表2所示，土壤pH与土壤含水率、微生物生物量C N呈显著正相关关系，而与微生物生物量氮、土壤硝态氮及可溶性全氮含量呈显著负相关关系。此外，土壤微生物生物量氮还分别与微生物生物量碳、硝态氮及可溶性全氮具显著正相关关系。微生物生物量C N则与硝态氮呈显著负相关关系。可溶性有机碳与可溶性全氮呈中度正相关关系。土壤可溶性全氮与硝态氮呈中度正相关关系。土壤有机质与土壤有机碳呈高度正相关关系（|r|0.8，高度相关；0.5|r|0.8，中度相关；0.3|r|0.5，低度相关）。3讨论3.1外生菌根真菌多样性对根际土壤理化性质的影响本实验人工控制培养室湿度，所以土壤含水率在各处理之间无显著差异。而图1b所示，S4接种处理的土壤pH却显著高于CK及其他接种处理，且由表2可知，可溶性全氮（P0.01,R=-0.56*）、硝态氮（P0.01,R=0.75*）与pH皆呈负相关。结合分析得出如下可能的解释：较S4处理而言，其他ECM真菌接种处理下的物种间特殊作用使云杉根系及根际微生物分泌更多的有机酸52，致使其他处理pH显著降低。其次，在S4接种处理下，RV、LB、HL和RL物种间作用，促进植物对养分的吸收（如NO3-、NH4+等），植物在吸收NO3-同时为了保持电荷平衡，需释放OH-进而导致pH值升高，这除了能解释pH变化外，还解释了其与可溶性全氮、硝态氮呈负相关的原因。我们的研究结果与 R.Pena 的研究相一致53。由图3中土壤氮磷养分含量结果可知，川西亚高山人工云杉林土壤较为贫瘠54。与较养分肥沃环境相比，在贫瘠土壤环境中ECM真菌更能与宿主产生养分竞争关系，且更能与宿主达成功能互补关系去影响土壤养分10,53。当接种单种ECM真菌时，对土壤有机质分解的影响程度取决于真菌种类10。如图2所示，与CK相比，S1土壤有机质和有机碳含量较低（无显著差异），而可溶性有机碳含量却有增高趋势，也许能说明RV真菌能增强对土壤有机质的分解。当8种ECM真菌接种于宿主植物时显著降低了土壤有机质、有机碳含量，而可溶性有机碳含量却有增高趋势。这说明了SG、CR、IG和TF 4种图4外生菌根真菌多样性对土壤微生物生物量碳、微生物生物量氮和微生物生物量C N的影响Figure 4Effect of ectomycorrhizal fungal diversity on microbial biomass carbon,microbial biomass nitrogen,and microbial biomass235四川农业大学学报第 41 卷 表2土壤物理化学生物指标的双变量Pearson相关关系分析表Table 2Bivariate Pearson correlation analysis table of soil physical,chemical,and biological indexes项目ItempH值土壤含水率土壤全氮土壤全磷微生物生物量氮微生物生物量碳微生物生物量C N可溶性有机碳可溶性全氮铵态氮硝态氮有机碳有机质pH值pH value1 0.32*-0.050.20-0.45*-0.080.45*0.00-0.56*-0.18-0.75*-0.12-0.12土壤含水率Soil moisture content10.05-0.210.020.23-0.280.09-0.09-0.04-0.10-0.17-0.18土壤全氮Soil total nitrogen1-0.090.080.120.00-0.19-0.000.200.140.020.05土壤全磷Soil total phosphorus1-0.06-0.080.080.08-0.13-0.15-0.16-0.22-0.24微生物生物量氮Microbial biomass nitrogen1 0.69*-0.67*-0.120.35*0.170.52*0.170.15微生物生物量碳Microbial biomass carbon1 -0.37*0.140.210.300.140.070.09微生物生物量C NMicrobial biomass C N1 -0.02-0.310.19-0.45*-0.00-0.02可溶性有机碳Dissolved organic carbon1 0.58*-0.230.09-0.22-0.23可溶性全氮Total dissolved nitrogen1 0.140.77*-0.14-0.14铵态氮Ammonium nitrogen10.28-0.010.05硝态氮Nitrate nitrogen10.010.00有机碳Organic carbon1 0.94*有机质Organic matter1注：*表示在 0.05 级别（双尾）显著相关。*表示在 0.01 级别（双尾）显著相关。Note：*means correlation is significant at the 0.05 level（2-tailed）；*means correlation is significant at the 0.01 level（2-tailed）.236第 2 期张晨洋，等：外生菌根真菌多样性对云杉根际土壤生化性质的影响ECM真菌的加入补充了S1、S2和S4中ECM真菌组合在碳转化方面的功能缺陷55。我们的关于碳转化相关酶的研究结果显示菌根真菌多样性显著影响了有关碳转化的酶活性（附表3），证明了ECM多样性越高，对土壤有机质分解作用越强4。这与 S.M.Velmala等4的研究结果一致，随挪威云杉接种ECM真菌多样性的增加，分泌如半纤维素酶、水解酶、漆酶和几丁质酶等胞外酶种类增加，ECM共生体为获取更多氮磷养分而对有机质的分解作用增强。而可溶性有机碳含量未随ECM多样性的增加呈明显的递减趋势，可能是由于不同ECM真菌组合接种，对土壤微生物生物量及群落结构的影响不同56，导致其对土壤有机碳的利用产生不同程度的影响57。我们的解释得到如下研究的证实。有研究58指出不同ECM真菌分类群分泌含碳化合物的类型和能力也各不相同，从而不同种类真菌组合会对根际土壤微生物群落组成产生不同的影响。由于ECM真菌占据的生态位不同而导致其功能具有多样性5，这也是我们探讨ECM真菌多样性影响有机质分解、养分利用的重要因素。ECM真菌对于活化土壤氮磷养分的作用有两个方面，一方面是其能通过直接分泌酶活化土壤稳定养分，从而活化其中氮磷养分。另一方面，ECM宿主植物可通过维持一个相对封闭的营养循环，招募具有氮分解和矿化功能的微生物，从而间接活化氮磷养分54,59-60。在森林生态系统中，部分早期富集的氮，可能来源于凋落物所释放的溶质，这部分早期富集的氮不受大多数ECM真菌种类的影响53，由于ECM真菌的这种趋于活化有机质氮养分的特性，使氮养分更易被宿主吸收利用61。图3c、图3d中可溶性全氮含量和无机氮含量变化趋势相同，都随着ECM真菌多样性的增加而增加（4种ECM真菌接种处理除外），此研究结果说明接种多样性较高的菌根真菌群落能够提高土壤有效氮含量。这也与C.Truong等7的研究结果相吻合。其表明ECM真菌物种丰富度与亮氨酸酶活性显著相关，表明较高多样性的ECM真菌群落在强氮限制的环境中有助于增加氮可利用性，且我们的研究结果也发现菌根真菌多样性显著提高了与氮转化相关的根系酶活性（N-acetyl-D-glucosaminidase 和Leucine aminopeptidase）（附表3）。此外我们的研究结果显示，S4可溶性全氮含量显著低于S2和S8，硝态氮含量更是显著低于CK，其原因可能是S4真菌组合并不利于有机质分解并活化其中固定的氮元素，但却有利于宿主吸收硝态氮53,62。如在R.Pena等53关于山毛榉（Fagus sylvatica L.）幼苗栽培试验中，发现ECM真菌组合的功能多样性具应力激活效应，即环境限制条件下，ECM组合比非菌根更有利于对无机氮的吸收。土壤全氮含量在各处理组之间无显著差异，其原因可能是土壤中超过90%的氮以有机形式存在，即便ECM真菌活化其中的一小部分，也会对碳氮循环产生重大影响55，而失去的这部分对于全氮而言微不足道，并不至于使各组之间产生显著差异。而全磷作为土壤养分的限制因子，含量极低，并与全氮一样大部分被固定且难以被利用，在 C.Plassard 等52的研究中发现ECM真菌会产生低分子量的有机阴离子可能对矿物结合磷的释放起决定性作用。但在本试验中，不同多样性梯度的外生菌根真菌群落接种对土壤全磷含量无显著影响，这可能是因为土壤磷含量较低的环境中，较简单的ECM真菌群落产生的根外菌丝有限，使全磷活化为有效磷的能力受到限制，因此对土壤全磷含量没有显著影响。3.2不同梯度ECM接种对根际微生物性质的影响ECM真菌在服务宿主植物时可产生化感作用，能间接改变根际土壤微生物群落特征，这种作用称之为“菌根根际作用56”。当ECM真菌接种时可能对其根际微生物群落会产生抑制47或促进作用56。“菌根根际作用”为我们理解此试验各处理间微生物生物量的差异提供了一种解释63。土壤微生物生物量C N可以在一定程度上反映土壤微生物种类和区系64，微生物生物量C N一般是5665，而细菌生物量C N要低于真菌64,66，生物量C N越高，真菌所占比例越高。依据微生物生物量C N的实验结果，我们可以猜测不同梯度多样性的ECM真菌群落接种影响了根际土壤中真菌与细菌的比例，如图4所示，虽然S4微生物生物量碳、微生物生物量氮及微生物生物量C N与CK无显著差异，但S4的微生物生物量碳和微生物生物量氮含量在趋势上却低于CK，S4的微生物生物量C N在趋势上高于CK，这也许是因为S4处理组的ECM真菌对于土壤细菌具有抑制作用63。另一方面，可能由于S4中的ECM真菌在接受宿主植物高碳分配的条件下，与其他土壤微生物在吸收养分的竞争中处于优势67。而S1、S2可能是因为简单的ECM真菌组成对其他包括细菌在内的微生物不构成养分竞争威胁。S8则更大程度上是因为ECM真菌的内部之间的竞争11，导致真菌优势相较S4有所减弱。我们的研究结果也进一步表明微生物生物量氮、微生物生物量C N与pH分237四川农业大学学报第 41 卷 别呈显著负相关（P0.01，R=0.45*）和显著正相关（P0.01，R=0.45*）关系，与硝态氮含量分别呈显著正相关（P0.01，R=0.52*）和显著负相关（P0.01，R=0.45*）关系，微生物生物量氮与土壤可溶性全氮呈显著正相关（P0.05，R=0.35*）关系。这些结果说明了由菌根真菌多样性变化导致的可利用性氮和pH的变化可能会间接地对根际微生物群落产生影响56,63。在 R.H.Jongbloed 等68的研究中发现铵态氮的积累使营