森林蘑菇系统在土壤真菌群落重组及碳组分中的作用

《Agriculture, Ecosystems & Environment》：The role of forest mushroom systems in soil fungal community reorganization and carbon fractions

森林蘑菇系统（FMS）通过调控土壤有机碳组分（MAOC、POC）和真菌群落结构影响碳稳定性，长期研究表明DI处理降低MAOC和SOC，SR处理增加SOC，ME处理POC上升。真菌α多样性年际波动与有机质输入相关，网络分析显示后期群落稳定性提升。研究证实FMS通过重构真菌群落增强碳封存能力，为可持续农林复合经营提供依据。

　　森林蘑菇系统（Forest Mushroom System, FMS）作为一种可持续的复合农业林业实践，可能在土壤碳固存和真菌群落动态方面发挥关键作用。然而，目前对其长期影响的理解仍较为有限，尤其是在土壤有机碳（SOC）组分和真菌群落重建方面的变化。本研究聚焦于三种蘑菇物种——Dictyophora indusiata、Morchella esculenta 和 Stropharia rugosoannulata 在密集管理的毛竹林下的影响，评估了其对土壤碳组分及真菌群落的三阶段变化。通过分析土壤化学性质、碳组分（包括颗粒有机碳POC和矿物结合有机碳MAOC）以及真菌群落组成，研究揭示了FMS在调节土壤碳固存方面的重要生态功能，并为可持续林业管理和气候智能型复合农业林业实践提供了科学依据。

土壤碳循环作为全球碳循环的重要组成部分，在森林生态系统中尤为关键。森林不仅构成了陆地生态系统的重要部分，还具有显著的碳固存能力，对缓解全球气候变化具有重要意义。然而，当前森林种植业的管理和运营正面临经济和生态效益下降的双重挑战。具体而言，单一树种种植和高强度管理导致土壤碳库的稳定性降低，从而影响其长期碳储存潜力。复合农业林业系统则为解决这些问题提供了可能的途径。已有研究表明，从单一树种种植向复合农业林业系统的转变有助于减少土壤有机碳的损失，并增强土壤碳库的稳定性。其中，森林蘑菇系统（FMS）作为一种特殊的复合农业林业模式，可能通过改变土壤有机质的输入和分解过程，以及重构土壤微生物群落，进而影响土壤碳的储存与释放。尽管FMS在土壤性质方面展现出显著影响，但其对土壤碳库稳定性变化的具体机制仍需深入探索。

蘑菇的生长和代谢过程对土壤碳循环具有深远影响。在自然环境中，蘑菇通过其菌丝体和菌根与土壤颗粒相互作用，不仅促进了有机质的分解，还通过物理连接增强了土壤团聚体的稳定性。此外，蘑菇在生长过程中会释放特定的代谢产物，这些物质能够影响土壤的化学性质，如pH值、营养元素含量以及有机质的组成。传统蘑菇栽培多采用室内或温室环境，而森林蘑菇栽培则充分利用了林下自然的遮荫条件，将菌种与基质混合后埋入土壤中，以促进菌丝体的生长并最终形成子实体。这种自然栽培方式不仅减少了人为干预，还可能对土壤生态系统产生更复杂的影响。蘑菇栽培过程中，有机质的添加和微生物活动的增强对土壤碳组分和养分动态产生显著作用，相关研究表明，蘑菇栽培能够提高土壤有机质含量，并对SOC的组分产生影响。此外，栽培后残留的蘑菇基质也可能改变SOC的组分和真菌群落的结构。然而，目前关于蘑菇栽培对土壤真菌群落影响的研究仍较为有限，且多集中于栽培后基质的归还过程，忽视了前期栽培过程对土壤生态系统的潜在影响。

土壤真菌群落在土壤碳循环中扮演着核心角色，其组成和多样性直接影响土壤碳的储存与动态变化。真菌通过分解有机质、形成土壤结构以及与植物根系的共生关系，参与土壤碳的固定与释放过程。研究表明，相较于细菌，真菌群落的组成更易受到森林生态系统中生物条件和碳储量变化的影响。同时，土壤真菌群落对环境变化具有高度敏感性，温度等环境因子对真菌群落的解释力较强。在不同的土地利用模式下，真菌群落的组成和功能类群会发生变化，这些变化对土壤碳循环具有深远影响。因此，真菌群落的组成和多样性成为预测森林蘑菇系统中碳储存能力的关键因素。

本研究通过设置实验样地，选取了具有相似环境和生产条件的密集管理的中国南方毛竹林作为研究对象。研究引入三种蘑菇物种进行栽培，分别代表本地适应性、高经济价值以及易于栽培的特性。通过分析不同碳组分（MAOC和POC）的动态变化，研究旨在系统评估森林蘑菇系统对土壤碳组分和真菌群落结构的长期影响。研究结果表明，不同蘑菇栽培处理对土壤化学性质和碳组分产生了显著影响，且各物种对SOC组分的调控作用存在差异。此外，FMS对土壤真菌群落的α多样性也产生了明显影响，尽管初期多样性有所增加，但随着时间推移，其趋势逐渐趋于稳定。研究进一步指出，真菌群落的稳定性和土壤化学性质是影响SOC组分变化的关键因素。

研究发现，随着时间的推移，土壤碳组分的变化呈现出一定的规律性。在前两年，MAOC和SOC均表现出显著的增加趋势，而在第三年则出现了轻微的下降。相比之下，POC在不同年份间的变化不显著。这表明，FMS对土壤碳组分的影响具有阶段性特征，可能与蘑菇生长周期、有机质输入和分解速率等因素相关。此外，不同蘑菇种类对SOC组分的影响也存在差异。例如，Dictyophora indusiata（本地适应性蘑菇）处理导致MAOC和SOC含量的下降，而Stropharia rugosoannulata（易于栽培的蘑菇）处理则维持了SOC的稳定。Morchella esculenta（高价值蘑菇）处理虽然导致MAOC和SOC的减少，但促进了POC的增加。这些发现部分支持了研究的第一项假设，即FMS会对关键土壤碳组分产生显著的时空变化。

真菌群落的组成和稳定性在FMS的影响下也发生了显著变化。研究结果显示，真菌群落的α多样性在初期有所提升，但随后逐渐下降。这种变化可能与蘑菇栽培过程中有机质的输入和环境适应性有关。此外，优势类群（如子囊菌门Ascomycota和担子菌门Basidiomycota）的分布也发生了变化，反映出FMS对土壤微生物群落的重塑作用。通过网络分析，研究发现真菌群落的稳定性在后期有所增强，这种稳定性与SOC的保留能力之间存在显著关联。进一步的偏最小二乘路径建模（PLS-PM）分析表明，真菌群落的稳定性和土壤化学性质是影响SOC组分变化的关键因素。这些结果不仅验证了研究的第二项假设，即外源蘑菇的引入会对土壤真菌群落的组成、多样性和稳定性产生显著影响，还支持了第三项假设，即土壤碳组分的变化可能与真菌群落的多样性及稳定性相关联。

综上所述，本研究揭示了森林蘑菇系统在调节土壤碳固存和真菌群落结构方面的潜在作用。通过分析不同蘑菇种类对土壤碳组分和真菌群落的影响，研究为可持续林业管理和气候智能型复合农业林业实践提供了新的视角。未来的研究应进一步探讨FMS对土壤碳库的长期影响，以及其在不同环境条件下的适应性。此外，还需要关注蘑菇栽培对土壤微生物群落的潜在影响，以及这些变化如何通过复杂的生态过程影响土壤碳的储存与释放。这些研究将有助于更全面地理解FMS在生态系统服务中的作用，并为实现碳中和目标提供科学支持。