土壤深度调节地中海松林中真菌群落对野火严重程度的响应

《Applied Soil Ecology》：Soil depth mediates fungal community responses to wildfire severity in Mediterranean pine forests

　　

日益变化的火情制度正不断威胁地中海森林的恢复力。尽管土壤真菌群落在火后土壤恢复中发挥着关键作用，但火灾对其产生的直接（热效应）与间接（土壤理化性质改变）影响仍未得到明确区分。研究人员考察了西班牙一处欧洲赤松（*Pinus sylvestris* L.）林中一场大型野火对土壤真菌群落的短期效应，并评估了火灾引发的土壤性质变化如何在不同土壤深度上塑造这些群落。火灾发生三个月后，研究人员在未燃烧、低严重度和高严重度样地分别采集了表土层（0–5 cm）和亚表层（5–10 cm）土壤样品，并按坡度（缓坡与陡坡）对高严重度样地进行进一步划分，以评估高严重度与火后侵蚀之间的潜在交互作用。研究人员分析了土壤真菌群落组成（Illumina MiSeq，ITS1）及土壤理化性质。表土层真菌丰富度在高严重度样地显著下降，与未燃烧土壤相比，操作分类单元（OTU）损失达55.6%，而亚表层丰富度的下降则不显著。表土层群落组成主要受火灾直接效应驱动：外生菌根（ectomycorrhizal，ECM）真菌在未燃烧土壤中占主导地位，其中如*Cortinarius*等属在火灾后消失，而包括*Cryptococcus*和*Naganishia*在内的耐逆腐生真菌则在火烧土壤中占优。亚表层群落则主要受火灾引发的土壤理化性质变化所塑造，在高严重度条件下仍保留了一部分ECM真菌，但陡坡样地除外。这些结果强调了表土层真菌群落——尤其是ECM真菌——对严重野火及潜在火后侵蚀的高度脆弱性，同时凸显了亚表层作为火后恢复早期真菌多样性库的作用。

**论文解读：土壤深度调控地中海松林真菌群落对野火严重程度的响应**

**研究背景与科学问题**

野火是地中海盆地的自然干扰因素，历史上对生态系统塑造具有重要作用。然而，自20世纪70年代初以来，火情制度发生了重大转变，表现为火灾频率、范围及严重程度的增加，这主要由土地利用变化导致燃料负荷与连续性增加，以及全球变暖所驱动。高严重度野火往往完全移除植被覆盖和凋落物层，使土壤裸露，改变其理化性质及生物区系，进而可能彻底重构地上植被和地下微生物群落。土壤真菌作为地下生物量的重要组成部分，在生物地球化学循环、土壤碳储存及根际过程中发挥核心作用，其作为分解者、共生体与病原菌，支撑着有机质周转和植物矿质营养等关键生态功能。在地中海生态系统中，菌根共生尤为重要，可增强植物对营养限制、干旱和土壤干扰等环境胁迫的抵抗力。欧洲赤松（*Pinus sylvestris* L.）等优势树种为专性外生菌根（ectomycorrhizal，ECM）植物，其建植、存活和生长高度依赖这些共生关系。

尽管已有大量研究关注火对土壤真菌的影响，但火灾同时通过直接途径（热致死）和间接途径（土壤理化性质改变）影响地下群落，导致其响应机制仍难以厘清。此外，火后土壤结构和水文性质的变化可加剧地表径流和侵蚀，尤其在陡坡和地中海强降雨地区，这可能造成富营养表土层、有机质和真菌群落的损失与再分配。然而，鲜有研究同时考虑火烧严重程度、土壤深度和坡度（作为侵蚀潜势的代理指标）对真菌群落的联合效应。基于此，研究人员在西班牙中部Sierra de la Paramera地区的一片纯林欧洲赤松林中，以2021年8月发生的Navalacruz野火为自然实验平台，系统考察了火后三个月时土壤真菌群落对火烧严重程度的响应，并特别关注群落组成和功能类群（尤其是ECM真菌）的深度特异性变化，以及坡度对高严重度火烧迹地真菌群落的潜在调节作用。

**主要技术方法**

研究区域位于西班牙中部ávila省Sierra de la Paramera的一处20世纪60年代营造的纯林欧洲赤松林，海拔1050–1250 m，属山地地中海气候。2021年8月该区域遭受Navalacruz野火侵袭，过火面积超过22000公顷。研究人员于火灾三个月后（2021年11月）进行野外采样，依据树冠状况设立四种火烧严重度等级：未燃烧（UB）、低严重度（LS）、高严重度缓坡（<15%，HS1）和高严重度陡坡（>30%，HS2）。共设置40个样地（每个严重度等级10个），样地间距至少1.5 km以避免空间自相关。每个样地内按0–5 cm（表土层）和5–10 cm（亚表层）两个深度采集复合土壤样品，共获得80份样品。土壤理化性质分析包括pH、电导率、质地、有机质、总碳、总氮、无机氮（NH₄⁺和NO₃^?）、有效磷及交换性阳离子和金属元素。分子分析采用DNeasy PowerSoil Pro Kit提取总DNA，以ITS1F/ITS2引物扩增真菌内转录间隔区1（ITS1）区域，在Illumina NovaSeq PE250平台测序。生物信息学分析采用dada2流程处理原始序列，经LULU算法和VSEARCH（97%相似度）聚类后获得2908个操作分类单元（OTU），其中1739个真菌OTU用于下游分析。功能注释基于FungalTraits数据库，按属水平分配主要生活方式。统计方法包括线性混合模型（LMM）、置换多元方差分析（PERMANOVA）、指示物种分析、逐步回归、Mantel检验和envfit分析。

**主要研究结果**

*3.1 野火对土壤真菌群落多样性的影响*

研究人员共鉴定出1739个真菌OTU，分属10个门和436个属。子囊菌门（Ascomycota）和担子菌门（Basidiomycota）为优势门类，分别占总读数的54%和43.5%。表土层中，子囊菌门在低严重度样地显著富集，担子菌门在高严重度缓坡样地占优；被孢霉门（Mortierellomycota）的相对丰度在两个土层中均从未燃烧样地向高严重度样地显著下降。丰富度分析显示，表土层真菌丰富度在高严重度样地显著下降，OTU损失达55.6%，而亚表层虽有30.6%的OTU损失但未达显著水平。门水平分析表明，表土层担子菌门的丰富度和Shannon多样性随火烧严重度变化很小，而子囊菌门的丰富度和Shannon多样性在表土层中从UB和LS样地向HS1和HS2样地显著下降。β多样性分析显示，表土层中火烧严重度对群落组成有强烈的分离效应，UB、LS与HS样地之间均存在显著差异，但两个高严重度等级之间差异不显著；亚表层中仅UB样地与其他所有等级显著不同。Venn图分析显示，仅有一小部分属（表土层9.1%，亚表层12.1%）为所有火烧严重度等级共享的“核心土壤”真菌群落，而未燃烧样地独有的属比例（表土层33.8%，亚表层30.2%）远高于火烧样地独有属的比例。

*3.2 与火烧严重度等级相关的指示真菌*

指示物种分析在表土层鉴定出61个指示属，亚表层鉴定出33个指示属。表土层中，未燃烧样地以伞菌类属*Cortinarius*为绝对优势指示属，其次为*Knufia*和*Cladophialophora*；火烧样地（LS、HS1、HS2）则以*Cryptococcus*、*Coniochaeta*和*Naganishia*为特征属，*Saitoella*和*Aureobasidium*则为高严重度样地所独有。亚表层中，未燃烧样地的指示属包括被孢霉门的*Linnemannia*及伞菌类属*Cortinarius*和*Tomentella*，而*Cryptococcus*、*Coniochaeta*和*Naganishia*同样是火烧样地的特征属。值得注意的是，*Cladophialophora*是唯一在未燃烧和低严重度样地间共有的指示属。

*3.3 火灾引起的土壤真菌群落功能转变*

研究结果显示，火烧严重度显著改变了真菌群落的功能结构。外生菌根（ECM）真菌的相对丰度和丰富度均随火烧严重度增加而显著下降，其中表土层的下降最为剧烈，最低值出现在高严重度陡坡样地（HS2），表明火烧严重度与坡度之间存在交互作用。相比之下，未指定腐生菌（如*Cryptococcus*、*Naganishia*）的相对丰度和丰富度在两个土层中均随火烧严重度增加而显著上升。其他腐生功能群（如土壤腐生菌）的响应较弱且未达到显著水平。

*3.4 与真菌群落结构变化相关的土壤变量*

逐步回归分析表明，表土层真菌丰富度与有效磷和总碳呈正相关，而与pH、NH₄⁺、总氮和镁浓度呈负相关；亚表层中，有效磷、总碳和镁对丰富度有正效应，而NH₄⁺和锌与丰富度呈负相关。Mantel检验和envfit分析揭示了深度依赖的驱动模式：表土层真菌群落组成主要与碳氮比和总碳相关，这些变量与未燃烧群落密切相关，而NH₄⁺和金属元素（Al、Fe）则与高严重度样地相关联；亚表层群落组成则与更广泛的土壤性质集合相关，其中pH和碳氮比为主导因素，有效磷、总氮、钾及金属元素（Al、Fe）也显著关联，总碳和土壤有机质与低严重度样地相关，NH₄⁺和金属元素则与高严重度样地紧密关联。

**讨论与结论**

本研究表明，火烧严重程度、土壤深度和坡度三者共同塑造了地中海松林土壤真菌群落。在表土层，火灾直接过滤效应强烈，导致ECM真菌近乎消失以及腐生和耐逆类群的更替，这与已有的火后真菌响应研究相一致。表土层真菌群落对高严重度野火高度脆弱，这可能与燃烧导致的有机碳损失密切相关，因为ECM真菌和凋落物腐生菌高度依赖富含有机碳的土层。相比之下，亚表层群落具有更强的抵抗力，在高严重度条件下仍保留了部分ECM真菌，这可能得益于亚表层受到的直接热效应较小，且灰分沉积增加了养分有效性。然而，陡坡样地中ECM真菌丰度的显著下降表明，火后侵蚀可能通过物理去除富含有真菌繁殖体和有机底物的表层土壤而加剧真菌损失，尽管本研究未直接量化土壤侵蚀量。

从管理角度看，这些结果提示火后恢复可能依赖于保护亚表层真菌库和减少陡坡地段的侵蚀。恢复工作应优先考虑保护土壤结构和尽量减少土壤扰动，尤其是在严重火烧和易侵蚀区域。在火情制度日益严峻的背景下，此类措施可能有助于增强生态系统的恢复力。