庐山日本柳杉林地下菌根真菌群落对毛竹扩张和林窗形成的响应

庐山日本柳杉林地下菌根真菌群落对毛竹扩张和林窗形成的响应日本柳杉(Cryptomeriajaponica)是庐山重要的森林植被类型,也是庐山主要的造林树种之一,具有很高的观赏和生态价值。由于历史原因,庐山50年代营造的日本柳杉多为纯林,随着生长时间的延长逐渐受到外界因素(生物因素如毛竹(Phyllostachysheterocycla‘Pubescens’)扩张;非生物因素如林窗形成)的干扰,景观出现了斑块化趋势。因此研究庐山日本柳杉纯林对外界干扰的响应,对于了解庐山自然保护区森林景观形成、维护日本柳杉景观完整性具有重要生态学意义。在这一过程中,地下微生物可能扮演着重要角色。丛枝菌根真菌(Arbuscularmycorrhizalfungi;AMF)作为一类与植物生长有着密切关系的功能性微生物,在植物的养分吸收、抗性形成等方面具有重要作用。本研究采用454高通量测序技术对庐山国家级自然保护区日本柳杉纯林在遭受毛竹扩张和林窗干扰情况下土壤AM真菌群落的变化进行了系统研究,其中毛竹扩张试验设置毛竹纯林、毛竹-日本柳杉交错带、日本柳杉纯林三种处理,并设置一块人工砍伐毛竹样地作为人工干预对照;林窗试验设置日本柳杉纯林对照和林窗处理。主要研究结果如下:在毛竹向日本柳杉纯林扩张的过程中,土壤0~10和10~20cm层检测到的OTU(Operationaltaxonomicunit;操作分类单元)数量由柳杉纯林的63和59分别增至毛竹纯林的74和72,土壤AM真菌群落的物种丰富度显著升高。Shannon-Wiener、Simpson、Evenness等多样性相关指数也有所提高,且在交错带提高更明显。毛竹林土壤较高的AM真菌群落丰富度和多样性水平可能是毛竹向日本柳杉胜利扩张的主要原因。毛竹扩张后土壤AM真菌群落组成也发生了变化,主要表现为Glomerales-uncultured(球囊霉目)相对丰度的下降和Rhizophagus属(根内球囊霉属)相对丰度的升高,这可能与毛竹自身的根系形态特点及分泌物组成有关,这种群落变化可能伴随着土壤AM真菌群落的功能性改变。通过人工砍伐毛竹对照,我们发现将入侵至日本柳杉林中的毛竹除去,会使土壤AM真菌群落的丰富度、多样性水平以及组成呈现出向未侵入时状态变化的趋势,这从另一个方面表明这种土壤AM真菌群落变化是由毛竹扩张所引起的。林窗形成会造成土壤AM真菌群落的丰富度水平下降,土壤0~10和10~20cm层检测到的OTU数量从郁闭林分中的57和60下降至林窗中的46和42。Shannon-Wiener、Simpson、Evenness等多样性相关指数均出现显著下降。我们的研究结果表明庐山日本柳杉林窗中土壤AM真菌的多样性水平与地表植物的多样性水平并没有明显的正相关关系,这可能与不同植物根系分泌物种类及数量不同有关。柳杉纯林0~10cm土层AM真菌群落的丰富度和多样性水平低于10~20cm土层,而在林窗中则呈现相反的趋势,这可能与群落优势植物根系分布深度不同有关。柳杉纯林土壤中Glomerales-uncultured是最主要的AM真菌类群,其相对丰度在0~10和10~20cm土层中分别达到49.1%和58.0%,而林窗土壤中最主要的AMF类群是Archaeosporales(原囊霉目),这可能是与Archa