恢复种植促进土壤真菌功能恢复：六年纵向重采样证据

《Molecular Ecology》：Restoration Plantings Promote Functional Recovery of Soil Fungi

　　

全球范围内，生物多样性丧失与土地退化已达到惊人规模，促使各界建立了雄心勃勃的国际恢复协议，旨在恢复兼具生物多样性和功能的生态系统。恢复干预通常以植被为核心，虽然能产生可测量且积极的成果，但未必能实现整个生态系统的恢复。尽管土壤微生物（如真菌）是生态系统不可或缺的组分（例如作为共生体、分解者和养分循环的驱动者），它们在恢复规划和监测中却基本缺席。因此，真菌如何响应生态系统恢复，尤其是长期尺度上的响应，在很大程度上仍属未知。在此，研究人员通过恢复时序序列（chronosequence）在初次采样6年后再次采样，展示了土壤真菌病原营养型（pathotroph）优势度下降的趋势。土壤真菌病原营养型的下降与持续的功能恢复相一致，尽管几乎没有额外全群落真菌恢复的证据。真菌群落组成还与土壤性质（尤其是磷）密切相关，与持续存在且限制进一步恢复的土地利用遗留效应一致。所观察到的真菌功能组成变化与先前研究报告的生态退化位点中病原营养型真菌相对丰度较高相一致。本研究为土壤真菌群落如何响应恢复种植提供了有价值的见解，并强调了重复取样的重要性。研究结果也证明了在评估生态系统恢复时同时考虑分类学与功能指标的价值。

**恢复种植促进土壤真菌功能恢复：纵向重采样视角**

**一、研究背景与目的**

全球范围的土地退化与生物多样性丧失促使多项国际恢复协议设立，目标是重建具有生物多样性与功能的生态系统。然而，当前恢复实践往往以植被为核心，虽然植被恢复可带来可测量的积极成果，却未必能驱动整个生态系统的恢复。土壤真菌作为分解者、共生者及养分循环的驱动者，对陆地生态系统功能至关重要，但在恢复规划与监测中常被忽视。由于真菌群落高度复杂且随时间波动，其恢复响应难以与背景生态波动区分。因此，关于恢复种植能否促使土壤真菌群落走向恢复，尤其是长期尺度上的趋势，目前证据十分有限。

为填补这一空白，研究人员在南澳大利亚Mt Bold水集水保护区一个已充分研究的恢复种植时序序列上，于2014年12月和2020年4月两次采集土壤样本。该区域曾经历长期开垦与低密度放牧，2005—2009年实施了标准化恢复种植，目标是恢复以斜叶桉（*Eucalyptus leucoxylon*）为主的开放林地。研究人员提出三个假设：清除地、恢复种植地与生态参考地的真菌群落存在差异；6年后，恢复种植地真菌群落将表现出进一步恢复迹象，更接近参考地，而清除地与参考地保持差异；随着恢复时间增加，恢复种植地的功能谱将更接近参考地。

**二、研究方法概述**

研究人员采用高通量扩增子测序技术，对真菌核糖体内部转录间隔区（ITS）进行测序，分析来自Mt Bold恢复时序序列的土壤样本。样本覆盖2005、2007、2008、2009年恢复种植地、一个清除地和三个参考林地，每个地点设3—4个25 m×25 m样方（共25个），按0—10 cm和20—30 cm两个深度采集，混合后获得代表性样本，共99个有效样本用于群落分析。测序数据由澳大利亚微生物组（Australian Microbiome, AM）标准流程处理为零半径OTU（zOTU）丰度表。统计方法包括丰富度/多样性指数、Bray-Curtis距离的非度量多维尺度分析（NMDS）、置换多元方差分析（PERMANOVA）、基于距离的冗余分析（dbRDA）、FungalTraits功能注释与加性对数比（ALR）变换，以及Mantel检验和季节效应分析。样本队列来源为AM数据库。

**三、研究结果**

**3.1 真菌丰富度**

研究人员通过置换方差分析发现，真菌zOTU丰富度和Chao1估计量受采样事件、采样事件×恢复处理交互作用及土壤深度显著影响（p<0.001）；Shannon多样性也受这些因素影响（采样事件p<0.001，交互作用p=0.037，深度p=0.033），而Simpson多样性无显著效应。这表明丰富度指标对恢复时间与处理组合的变化更为敏感。

**3.2 真菌群落组成**

NMDS与PERMANOVA结果显示，2014年和2020年两个采样年份中，恢复处理与土壤深度均显著影响真菌群落组成（恢复处理R²分别为0.381和0.428，p=0.001；土壤深度p<0.05）。轨迹图显示，各采样年份内，恢复种植地的群落组成随种植年限增加而更接近参考地。但合并两年数据时，采样事件×处理交互效应显著（R²=0.109，p=0.001），且组间离散度存在差异，提示群落趋同模式可能部分受时间或样本异质性影响。

**3.3 土壤理化性质与群落组成**

多变量PERMANOVA表明，土壤水分、磷、pH、有机碳、氮、硫和黏土含量均与真菌群落组成显著相关，合计解释21.7%的变异。dbRDA分析中，磷在首要轴（dbRDA1）上载荷最高，pH和水分也显著解释群落变异，表明磷是驱动真菌群落分异的重要环境因子。

**3.4 功能组成**

基于FungalTraits数据库的功能注释显示，所有处理中病原营养型真菌相对丰度从2014年的7%升至2020年的15%，而共生营养型（symbiotroph）由37%降至27%，腐生营养型（saprotroph）无显著变化（28% vs. 30%）。与参考地相比，恢复种植地中病原营养型的相对优势度较2014年显著下降（尤其2009年和2007年种植地，padj<0.001），表明功能组成正持续向参考状态趋近。

**3.5 空间自相关**

Mantel检验显示，样点地理距离与真菌群落Bray-Curtis距离之间存在弱但显著的正相关（2014和2020年各深度r约0.25—0.28，p<0.01），说明地理邻近对群落相似性有一定影响，但强度较弱。

**3.6 采样季节的影响**

通过分析AM数据库中344个可比样本，季节对真菌群落组成有显著影响（PERMANOVA R²=0.033，p=0.001），但仅冬季与秋季之间存在组内离散度差异（padj=0.027），其余季节两两间无差异。这提示采样季节差异不太可能完全解释两年间的恢复趋势。

**四、讨论与结论**

讨论部分指出，病原营养型相对优势度的降低表明恢复种植地真菌功能正在持续恢复，这可能与植被从退化草地向成熟木本植物过渡相关。所有处理（包括参考地）中病原营养型绝对丰度有所上升，但参考地间的变异大于其时间变化，说明恢复轨迹并非由参考地退化驱动。真菌群落整体分类组成未进一步趋同，可能源于持续的土地利用遗留效应，尤其是土壤磷水平升高。磷通过改变植物-真菌互惠关系的成本与收益，可能筛选不同的真菌类群，并通过反馈机制维持非参考状态，形成恢复屏障。该结果与同一时序序列中细菌群落的研究结论一致。研究人员强调，仅依赖横断面时序序列推断因果关系存在风险，需结合纵向重采样与功能指标来评估恢复效果。

研究结论为：本纵向重采样研究在6年间识别出与持续功能恢复一致的变化，尽管整个真菌群落恢复进展甚微。这些对比响应表明，研究地点可能存在非生物性土壤遗留（如后农业地点包括恢复种植地中土壤养分偏高），构成真菌群落恢复的潜在障碍。未来研究应优先识别这些障碍及克服办法。研究人员支持先前研究的告诫：从横断面时序序列中得出因果关系与未来恢复结论需谨慎。本研究限于单一恢复系统，不同土地利用历史、恢复途径与生态系统中微生物恢复障碍可能不同，因此需要在更多恢复系统中开展纵向研究，以明确微生物恢复何时受抑、识别其机制并测试干预手段。同时纳入分类学与功能指标，将可更完整地评估生态系统恢复。