夏日实验性火灾对地中海黑松林真菌群落的影响:多样性未变,组成有别

【字体: 时间:2025年03月18日 来源:Fire Ecology 3.6

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  为探究夏季火灾对土壤真菌群落影响,研究人员开展实验,发现其不影响真菌多样性,但改变群落组成。

  在生态系统的大舞台上,火灾一直是重要的 “演员”,它对生态系统的影响深远且复杂。在地中海盆地以及世界许多生态系统中,野火频繁发生,深刻塑造着大地的模样。然而,如今的火灾模式(在频率、严重程度和强度方面)已因气候变化、土地利用变化以及人类在城乡结合部的活动影响而偏离历史平均水平。真菌作为生态系统中不可或缺的一部分,承担着诸多关键功能,比如外生菌根(ECM)真菌能通过菌丝网络拓展根系探索区域、增强宿主对非生物胁迫的抗性,腐生真菌则负责促进养分循环。但目前,关于夏季火灾对土壤真菌群落影响的研究却十分有限。
为了填补这一知识空白,来自西班牙的研究团队开启了深入探索。他们在西班牙中部 - 东部的昆卡山脉一处纯黑松林(Pinus nigra Arn.)实验基地开展研究。此前,这里已在 2016 年进行过春季和秋季的规定燃烧实验。此次,研究团队于 2019 年 6 月进行了实验性夏季火灾,旨在模拟潜在的自然森林野火,研究这种更严重的火灾对真菌多样性和群落组成的影响。该研究成果发表在《Fire Ecology》杂志上。

研究人员采用了多种关键技术方法。首先,他们精心设计实验,设立三个采样区域(blocks),每个区域包含六个 50×50m 的地块(plots),其中三个为未燃烧地块,三个为燃烧地块。在 2019 年 6 月执行夏季火灾后,于 2020 年春季采集土壤样本。采集样本时,在每个地块沿中心线每隔 5m 取一个土壤芯,共取 10 个并混合成一个复合样本。接着,对样本进行理化分析,测定土壤 pH、总碳(C)、总氮(N)、磷(P)、钾(K)和干物质含量等指标。然后,通过聚合酶链反应(PCR)扩增核核糖体 DNA 重复序列的内部转录间隔区 2(ITS2),并在 Illumina MiSeq 平台进行测序。最后,利用 R 软件进行生物信息学和统计分析。

研究结果主要包括以下几个方面:

  • 真菌分类组成:研究共获得 1,096,885 条高质量序列,被归为 4296 个操作分类单元(OTUs),分属于 12 个真菌门。其中,子囊菌门(Ascomycota)和担子菌门(Basidiomycota)占比较大。
  • 真菌丰富度和多样性:夏季火灾处理一年后,未燃烧和燃烧地块的总真菌 OTU 丰富度以及香农多样性指数均无显著差异。同时,主要的土壤理化变量(pH、C、N、P、K 和干物质)在两类地块间也无显著差异。不过,腐生真菌的相对丰度在燃烧地块显著更高,而 ECM 真菌虽在未燃烧地块相对丰度更高,但差异不显著。
  • 真菌群落组成:基于 Bray - Curtis 距离的非度量多维缩放(NMDS)分析表明,燃烧和未燃烧地块的总土壤真菌群落组成存在显著差异。土壤变量中的 pH、P、K 和 C:N 比与总真菌群落组成显著相关。进一步分析真菌营养类群发现,不同处理间也存在显著差异,P 和 K 与这种分布显著相关。多水平模式分析显示,ECM 真菌功能群成员与未燃烧地块显著相关,同时还鉴定出一些与燃烧或未燃烧地块显著相关的 OTUs。

综合研究结论和讨论部分,此次研究意义重大。实验性夏季火灾在短期内未对真菌群落的多样性造成显著影响,这可能得益于黑松林对火灾的适应性,以及土壤真菌自身的抗火机制,如耐热的繁殖体、孢子库等。然而,火灾确实改变了真菌群落的组成,燃烧地块中腐生真菌增多,这有助于在火灾后分解有机物质,促进碳循环。ECM 真菌虽对火灾较为敏感,但仍在燃烧地块有一定存在。此外,研究还发现一些与火灾相关的指示物种,它们在改善土壤条件、促进森林火灾后的恢复中可能发挥重要作用。这些结果为森林管理者提供了重要参考,在进行夏季控制性燃烧时,可借鉴这些发现,在不影响生态系统真菌多样性的前提下,有效管理黑松林,同时也为进一步研究火灾对生态系统的影响提供了宝贵的数据和理论基础。
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