采伐强度对森林土壤中外生菌根真菌和腐生真菌群落的影响

《Functional Ecology》：Impact of harvest intensity on ectomycorrhizal and saprotrophic fungal communities in forest soils

　　

低强度树木采伐已被提议作为一种可持续森林管理实践，以平衡和保持森林生产力、碳储存和对极端气候的恢复力。土壤真菌在驱动树木生长和土壤碳储存方面发挥着核心作用，但研究人员对土壤真菌群落如何响应树木采伐强度的了解有限。特别是，外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi, EMF）生物量和土壤真菌群落组成在不同树木采伐强度下很少被测量。在此，研究人员研究了不同树木采伐强度对土壤真菌群落生物量和组成的影响，明确区分了对外生菌根真菌（EMF）和腐生真菌（saprotrophic fungi, SF）的影响。在一项覆盖荷兰15个单一树种林分的大规模森林管理实验中，研究人员在无采伐、20%或80%树木胸高断面积减少以及皆伐（clearcutting）样地中，采集了树木和树桩附近的矿质表土。研究人员测定了土壤真菌生物量和群落组成，以及真菌内生长袋（fungal in-growth bags, FIB）中的外生菌根真菌生物量。与无采伐对照中树木附近相比，皆伐和80%采伐样地中树桩附近的土壤真菌生物量降低，但20%采伐与无采伐对照样地之间没有差异。类似地，皆伐和80%采伐样地中树桩附近的土壤真菌群落组成与无采伐对照差异最大，而20%采伐与无采伐对照样地之间的群落组成变化有限。研究人员发现，外生菌根真菌对采伐处理的生物量和群落组成变化大于全部真菌和腐生真菌。研究人员得出结论，土壤真菌群落对低强度树木采伐的响应相对较小，而高强度采伐，尤其是皆伐，对真菌群落产生了影响。高强度采伐特别是降低了外生菌根真菌的生物量和多样性。研究结果表明，低强度树木采伐可能能够在木材生产与保持真菌介导的土壤功能之间提供良好平衡。此外，采伐后保留树木之间的距离应可能较小（<10 m）以保护外生菌根真菌。

采伐强度对森林土壤中外生菌根和腐生真菌群落的影响：研究解读

森林正面临全球变化带来的威胁，包括极端干旱导致的树木死亡和生态系统功能丧失，这降低了森林储存大气CO₂的能力以及提供木材和维持生物多样性的潜力。因此，需要可持续的森林管理实践来平衡和保持森林生产力、碳储存和气候恢复力。低强度树木采伐（如间伐）被视为一种有前景的适应性措施，它可促进保留木生长并减少水分和养分竞争，同时避免皆伐对土壤有机碳储存的不利影响。土壤真菌在驱动树木生长和土壤碳储存中发挥核心作用，但不同采伐强度如何影响土壤真菌群落，尤其是外生菌根真菌（ectomycorrhizal fungi, EMF）和腐生真菌（saprotrophic fungi, SF）的差异化响应，此前研究有限。已有研究表明皆伐会降低总真菌生物量，高强度采伐（>60%生物量减少）也有负面影响，而低强度采伐（<30%）效应不显著，但EMF和SF的响应可能截然不同。为了解采伐强度对真菌群落的影响，研究人员在荷兰开展了一项大规模野外实验，比较不同采伐强度下土壤真菌生物量、群落组成及多样性的变化。

研究人员利用荷兰5个研究区域中15个单一树种林分（欧洲山毛榉、欧洲赤松、花旗松）的实验平台，样地设置无采伐对照、20%采伐（低强度疏伐）、80%采伐（保留木/留母树采伐）和100%皆伐处理，并于处理32个月后采集矿质表土（0–10 cm）样本，同时埋设真菌内生长袋（fungal in-growth bags, FIB）以测定EMF菌丝生物量。主要技术方法包括：利用麦角固醇（ergosterol）作为真菌生物量指标，通过液相色谱-串联质谱（LC-MS-MS）定量土壤和FIB中的真菌生物量；利用ITS2宏条形码测序（Illumina MiSeq平台）分析真菌群落组成；通过PIPITS流程和UNITE数据库进行OTU聚类和分类，依据FungalTraits数据库划分功能群；采用PERMANOVA、NMDS排序等统计方法比较不同处理间的群落差异。样本来源为荷兰贫瘠沙质土壤上的5个研究区域、3种树种、4种采伐强度组合的90个采样点，经质量过滤后共85个样本用于分析。

研究结果主要包含两个方面。3.1 真菌生物量：通过矿质土壤麦角固醇含量测定，发现总真菌生物量在皆伐和80%采伐样地的树桩附近显著低于无采伐对照树木附近，分别降低36%和31%，而20%采伐处理和80%采伐样地保留树附近的生物量与对照无显著差异；通过FIB麦角固醇测定，EMF生物量在皆伐和80%采伐树桩附近的降幅更大，分别达79%和61%，而20%采伐处理无显著变化。基于ITS2相对丰度结合土壤麦角固醇推算的EMF相对丰度也呈类似趋势，在皆伐处理中下降89%，且EMF类群响应强度显著大于SF。SF相对丰度在各处理间均无显著变化。3.2 真菌群落组成：通过PERMANOVA分析，发现总真菌群落组成受采伐强度与树种交互作用影响，皆伐和80%采伐树桩附近的群落与对照差异最大，而20%采伐与对照相似；EMF群落组成对采伐强度的响应更敏感，采伐强度解释的变异更高（9.4%），而SF群落组成不受采伐强度影响，主要受树种和区域驱动。EMF OTU丰富度在皆伐处理下显著降低，而全部真菌和SF的OTU丰富度不受采伐影响。属水平上，Amanita、Russula、Lactarius等晚期演替类群在皆伐后相对丰度下降，而Cenococcum、Hydnotrya等耐受性类群增加。

讨论指出，高强度采伐特别是皆伐导致EMF因失去寄主树木而生物量和多样性大幅下降，而低强度采伐（20%）对土壤真菌群落的负面影响很小，保留的树木可维持局部EMF群落。研究结论认为，低强度采伐可能提供木材生产与维持真菌介导土壤功能之间的平衡，但保留树木间距应小于10 m以保护外生菌根真菌。该研究发表在《Functional Ecology》，为可持续森林管理提供了重要科学依据，并强调长期监测的必要性。