火山生态系统中丛枝菌根真菌演替动态与球囊霉素相关土壤蛋白积累的种间互作机制

本研究针对火山生态系统恢复过程中丛枝菌根真菌（AMF）群落演替规律及球囊霉素相关土壤蛋白（GRSP）积累机制不明的问题，通过分析辉腾锡勒火山群不同演替阶段土壤样本，揭示了AMF多样性从早期到晚期显著增加、优势属由Claroideoglomus向Glomus转变的规律，发现GRSP对土壤有机碳（SOC）贡献率在早期阶段更高。研究创新性采用网络分析和零模型解析了种间竞争增强对AMF群落稳定性的促进作用，为利用AMF进行生态修复提供了理论依据。

　　

火山喷发如同地球的"重置按钮"，能在瞬间摧毁原有生态系统，但随之而来的生态恢复过程却隐藏着微生物与环境的精妙博弈。在这片由岩浆和灰烬构成的"生命实验室"中，丛枝菌根真菌（arbuscular mycorrhizal fungi, AMF）扮演着关键角色——它们与80%陆地植物形成共生关系，像地下互联网般连接植物与土壤。更神奇的是，AMF分泌的球囊霉素相关土壤蛋白（glomalin-related soil protein, GRSP）能在土壤中存留长达42年，成为碳封存的"天然胶水"。然而，在火山这类极端环境中，AMF如何重建群落？GRSP积累受何种因素驱动？这些问题对理解生态恢复机制至关重要。

来自内蒙古大学的研究团队选择辉腾锡勒火山群作为天然实验室，通过采集不同演替阶段（早期、中期、晚期）土壤样本，结合高通量测序、共现网络分析和零模型计算等方法，揭示了AMF群落演替的动力学机制。研究发现早期演替阶段AMF多样性最低，优势属为Claroideoglomus；而晚期阶段多样性显著提升，Glomus成为主导。GRSP含量虽在早期最低，但对SOC的贡献率却达2.38%，显著高于其他阶段。通过创新性应用网络拓扑分析，团队发现晚期AMF网络的模块化程度提高42%，负关联（竞争性互作）比例增加67%，这种结构使网络稳定性增强。系统发育分析进一步表明，确定性过程（尤其是可变选择）主导了晚期AMF群落组装，其中种间互作（如网络复杂度）的解释度达41%，远超土壤理化因子的影响。

关键技术方法
研究采用Illumina高通量测序分析AMF群落组成，通过超离心法提取GRSP（包括易提取态EE-GRSP和总T-GRSP），结合共现网络分析计算模块度和连接度，运用零模型量化确定性/随机性过程贡献，并采用Mantel检验解析环境因子与生物因子的相对作用。

主要研究结果

Study area and sample collection
选择辉腾锡勒火山群（北纬41°06′-41°09′，东经112°38′-112°43′）三个演替阶段样地，基于距火山口距离和植物丰富度划分早期（裸地）、中期（草本优势）、晚期（灌木入侵）样区。

Soil physicochemical and plant characteristics
晚期阶段土壤有机碳（SOC）含量较早期提升3.2倍，pH值降低0.8单位；EE-GRSP与SOC呈显著正相关（R²
=0.72），其对SOC贡献率在早期达峰值（2.38%）。

Changes in AMF diversity and community composition
AMF系统发育多样性指数（PD）在晚期较早期增加58%，Claroideoglomus在早期占比超60%，而晚期Glomus相对丰度达45%。

Network topology shifts
晚期网络模块度（0.63 vs 早期0.41）和负关联比例（32% vs 早期18%）显著提升，网络鲁棒性增强83%。

Community assembly mechanisms
零模型显示可变选择（variable selection）在晚期作用增强（贡献率51%），种间互作对群落组装解释度超环境因子2.3倍。

结论与意义
该研究首次揭示火山生态系统中AMF种间竞争增强促进群落稳定的"竞争-稳定"范式，阐明了GRSP在早期恢复阶段对碳封存的关键作用。发现AMF网络模块化结构演变与确定性选择增强的协同效应，为理解微生物群落构建提供了新视角。实践层面，证实通过调控AMF种间互作可优化生态恢复策略，例如在火山修复初期接种Claroideoglomus，中期引入竞争性Glomus菌株以加速系统稳定。这些发现对全球3.5亿公顷退化土地（含火山带）的生态治理具有指导价值。