Atlantic不同土地利用方式下的森林地区的AMF多样性

Atlantic不同土地利用方式下的森林地区的AMF多样性摘要：农业土地的使用损害了大西洋森林的生存力并且可能永久改变该生物土壤群落的结构。土壤中的微生物，如AMF，它在与植物根部共生方面是特别重要的。为了评估种植的影响，我们测得了在Goiana,PE,Brazil六个区域的AMF的多样性：人参果种植园；橡胶树种植园；红木林种植园；桉树种植园；当前正用于培育木薯的作物轮作区；大西洋森林区域。在潮湿（2011年6月）和干燥（2012年3月的季节收集的根际土壤，共有96个样品。是从土壤中提取出来的Glomerospores，计数并用于AMF物种鉴定。共有50个种，属于被记录的15个属，优势种为无梗囊霉属和球囊霉属，占总种数的52％。在非度量多维尺度（NMS）多元分析中发现的低数值（33.2％）表示，AMF群落组成相比于土壤的物理和化学特性更容易受不同使用的土地影响。在更大的压力（作物轮作）环境下，多样性，均匀度和丰富度指数比较高。多样性，均匀度和丰富度指数在顶极群落环境下建立的群落中较低，如在大西洋森林，而不是建立在种植区。1.Introduction巴西大西洋森林是世界上25个生物多样性热点地区之一，并且相比大多数亚马逊森林形态来说有较多的物种多样性。大西洋森林从北里奥格兰德延伸到南里奥格兰德州，涵盖了各种不同的土地形态、景象和气候。它被认为是地球上两个最濒危生物群落之一。目前只保留了大约7％的原生植被。这两个进程导致了大量的森林破坏，特别是在巴西的东北部有大面积区域的耕作和严重的城市化进程，从而导致在相隔很远的距离处才有一个非常小的森林面积。相比于动物和植物来说，在大西洋森林土壤中的微生物是知之甚少的，它们在这个生态群系中发挥着功能性的作用。在这些生物中，AMF（Glomeromycota）与植物形成互惠共生体，植物通过光合作用提供给菌类用于生长的能量，同时菌类提供给植物水分和营养物，例如磷。自然植被转化为农田严重损害了土壤，例如在能源和生物地球化学循环方面产生了负面的影响，并且使土壤暴露在日光下，遭受侵蚀和营养流失。这些植被盖度的变化对生物多样性、土壤退化和生物系统支持人类需求的能力有全球性的影响。这些新被利用的土地也改变了土壤中菌根群落的结构，影响了它们的功能和生态系统的可持续性。在这方面AMF可以被用作生物土壤的指示剂。由于AMF的农业和生态重要性，该组的分类研究已经愈演愈烈。在这种情况下，在大西洋森林地区AMF的形态和功能多样性的研究有助于增加菌类分布的知识，并且提供了它们在土壤动力学作用方面有用的信息。评估土地利用变化对AMF群落的经营管理和理解人类对于环境为了产生有效的方法来创建恢复战略和生物多样性保护的这一行为所带来的影响是非常重要的。AMF是陆地生态系统中一个关键的功能群，但更多的研究需要定性的评估他们在环境中的表现和理解自然区域转化成耕种的影响。这项研究的目的是确定在大西洋不同土地利用方式下的林区的AMF多样性，专门测试一下农业实践是否会对这些生物产生负面影响，看一下不同的土地利用系统是否会影响AMF物种多样性，均匀度和丰富性。2.Materialandmethods2.1.Studyareas这项研究是在Itapirema试验站，伯南布哥州农艺研究所（IPA）进行，位于戈亚纳，伯南布哥州，巴西(07◦38’20’’S,034◦57’10’’W,altitude13m)。在该地区的气候是AMS’（KöPPEN）型多雨的热带季风气候，年平均降水量为2000毫米，年平均温度为24◦C，并且夏天非常干燥。土壤类型是老成土。选择不同土地利用方式下的六个区域（Table1）：sapodillaplantation(SA),rubbertreeplantation(RT),mahoganyplantation(MA),eucalyptusplantation(EU),acroprotationareacurrentlyproducingcassava(CA),andanAtlanticforestarea(AF)。这些地区根据目前的压力因素（如植物利用，道路的邻近，土壤的扰动和施肥的频率分为三类使用强度(Table1)。2.2.Sampling2011年6月和2012年3月采集根际土壤样品（0-20厘米深）。在这五个地区有不同的植被覆盖(SA,RT,MA,EU,CA)，AF作为参考区域。在寄主植物周围收集八个混合样品（在等距点有五个子样品），装在塑料袋里并带回菌根实验室。收集的土壤用来进行诱导培养，AMF群落评估和土壤的理化性质。最新的研究是在FederalRuralUniversityofPernambuco，在甘蔗和卡皮纳的糖业实验站进行。结果表明，在土壤中有较低水平的磷和有机物(Table2)。2.3.GlomerosporeanalysisGlomerospore是在50g风干土中，通过湿筛倾析-蔗糖离心法分离出来的，在体视镜（40X）下挑取。为了更好地进行分类分析，诱导培养的土壤（使用2L的塑料瓶）是在田地里收集的，小米、玉米和向日葵作为宿主植物。诱导培养是在一个温室中进行的，有三个周期（每四个月）。在每个周期结束时，植物被烘干并且剪断，收集的土壤等分成50g。在此之后，将土壤再接种的子周期开始循环。在每个循环结束时分出来的50g的土壤用来提取Glomerospore和AMF的鉴定。对于分类学研究和计数，首先把孢子置于载玻片上，浮载剂使用PVLG，PVLG和梅泽试剂比例为1:1。参照一本书（chenckandPerez,1990)、近几年发表的新种、通过查阅INVAM上收集的AMF物种（）和波兰什切青农业大学植物病理学系在网上收集的AMF物种(∼jblaszkowski/)，进行物种鉴定。在这项实验中，我们采纳了一些各种资料中收集的AMF的物种，包含最新描述的新的分类群。2.4.AMFdiversityanalysis对野外样品中的AMF群落进行定量和定性的评估和结构的分析，使用生态指标来衡量物种丰富度和多样性。物种频度（FO）的公式为：Fi=Ji/k，Fi为物种出现的频率，Ji为样本中物种i出现的个数，K为土壤总样本数。如果FO0.50则为优势种，0.31FO0.50的定为最常见的种，0.10FO0.30的定为常见种，FO0.10的定为稀有种。物种也可被定为共有种（存在六个区域），中间种（存在在两到五个区域）或特有种（存在一个区域）。物种丰度是观察到的物种数量和样本大小之间的比。使用刀切法的一阶指数来计算物种的数量估计（jackknife1）。对于这个实验区域的物种多样性采用Shannon多样性指数：H=-Σpilnpi，在这里Pi为每个物种的孢子数量/总的孢子数量。物种均匀度用Pielou均匀度指数（J）来描述：J=H/lnS，其中，H为Shannon多样性指数，S为样品中AMF总物种数。Simpson优势度指数C，计算公式为C=Σ(ni(ni−1)/N(N−1)，其中ni为物种i的丰度，N为总丰度。AMF群落之间的相似性使用Sørensen指数估计。2.5.Statisticalanalyses土壤理化性质的数据使用ANOVA进行方差分析，使用STATISTICA程序的LSD检验（P＜0.05）进行比较。评估土地利用对AMF群落变化的影响，使用NMS多元协调方法（非度量多维标度）的Sørensen距离探索土壤性质和AMF分布之间的关系。使用Monte-Carlo试验来确定AMF的哪一个物种对于土地的使用是敏感的，用来分析的指示物种是随机选取的。每个地区的指示值（VI）和重要值（P）是由物种的相对丰度和频度得出的。在这个实验中如果物种的VI50并且p0.001，那么则可作为指示物种。NMS分析和指示物种识别的计算使用的软件是PC-ORD5.0，物种累积曲线、聚类分析、生态指标的计算使用的软件是Primer6.0。多样性指数的比较使用的程序是PAST2.17。3.Results3.1.AMFcommunitycomposition从两个采样时间的六个采样点的土样中共分离鉴定出AMF50种(Table3)，属于球囊菌门12科17属(Acaulosporaceae,Archaeosporaceae,Ambisporaceae,Dentiscutataceae,Diversisporaceae,Entrophosporaceae,Gigasporaceae,Glomeraceae,Intraornatosporaceae,Pacisporaceae,Racocetraceae,Scutellosporaceae)。在所有种中，44个种（88％）鉴定到特殊的水平，6个种（12％）只鉴定到一般水平(Table3)。在雨季记录了34个物种，在干旱季节记录了40个物种，两个采样季节的AMF群落的相似度为67.5％。鉴定出的AMF物种最多数量的为无梗囊霉属13种，占26%和球囊霉属12种，占24%；其次是盾巨孢囊霉属种，占10%；巨孢囊霉属4种，占8%。Ambispora,Cetraspora和Fuscutata各有2种，占4%；Archaeospora,Claroideoglomus,Corymbiglomus,Dentiscutata,Funelliformis,Orbispora,Pacispora,Paradentiscutata,Scutellospora和Simiglomus只有一种，占2%。所有样点鉴定出的物种中有4个共有种（8%）：孔窝无梗囊霉，细凹无梗囊霉,易误巨孢囊霉和大果球囊霉。27个种为中间种(54%)，19个种为特有种(38%)。培育木薯的作物轮作区的特有物种数量是最多的（10种），其次是大西洋森林区域（5种）(Table3)。在一些经受了某种农业实践类型的区域（除橡胶树种植园），有较高的孢子数量(Table4)。只有三个种在两个季节有一致性的差异(Table3)。孔窝无梗囊霉和Ambisporaappendicula的孢子在雨季有比较高的丰度和频度，然而莫氏无梗囊霉的孢子在干旱季节是很常见的。对于频度，在所有耕种区无梗囊霉属,球囊霉属,巨孢囊霉属和盾巨孢囊霉属的种是优势种。大多数物种的数量少于样本数量的30%，呈现罕见的或普遍的形式。五个种被认为是指示种：Cetrasporagilmorei（50.0）和OrbisporaPernambucana（62.5）为大西洋森林的指示种；Gigasporasp.1(68.3)和Racocetratropicana(56.2)为培育木薯的作物轮作区的指示种；Glomussp.2(75)为红木林种植区的指示种(Table3)。3.2.Diversity在分离出的所有AMF种中，培育木薯的作物轮作区分离出的物种数最多，为30种(Table3)，其次是人参果种植园（24），红木林种植园（19），大西洋森林区（17），橡胶树种植园（16），桉树种植园（16）。根据一阶刀切丰度估计，培育木薯的作物轮作区种的期望值是42，人参果种植园是32，红木林种植园是28，大西洋森林区是25，橡胶树种植园是21，桉树种植园是24(Fig.1)。本研究的取样工作足以收回在这个区域存在的70–77%的AMF种。作物轮作区的Shannon多样性指数比大西洋森林区域的高（P＜0.05）。Simpson’s多样性指数在地区间是有统计差异的，大西洋森林的为最高，但是均匀度指数却是最低的(Table4)。非度量多维标度（NMS）分析显示土壤理化性质和AMF群落组成之间关系不是很大，因为两个轴的可释方差比例较低(Fig.2)。NMS分析轴大约只解释了数据差异的30%，横轴解释差异的16.8%，与Fe和Al呈负相关，与Zn,Mn,pH,Ca,Mg,SB,CEC,V,C,MO呈正相关。纵轴解释差异的16.4%，与Cu,Mn,P,K呈负相关，与Ca,MgandC