丛枝菌根(AM)广泛分布于自然界中，是绝大多数陆生植物根系与球囊霉门真菌形成的互惠共生体，是自然生态系统的重要组成部分。AM真菌是连接地上和地下生态系统物质传输的桥梁，调节植物群落结构、植物的生物多样性以及植物生态系统的生产力(Ehrenfeld et al., 2005)。AM真菌与植物协同进化，是目前已探明的与植物关系最为密切的土壤微生物之一(冀春花等，2007)，而且对生态系统中植物的组成、演替以及生态系统的修复与稳定都起着重要的作用(刘永俊，2007)。

由于自然环境的变化和人为活动的影响，黄土高原地区天然植被几乎破坏殆尽，导致区域生态平衡失调、水土流失严重、土壤基质和气候旱化，黄土高原成为我国水土流失最严重、生态环境极其脆弱的地区之一。因此，恢复本地区的生态环境受到高度重视。鉴于丛枝菌根真菌在植被恢复中发挥着重要作用，因此，黄土丘陵沟壑区植被恢复的不同阶段中有关AM真菌方面的问题自然就值得关注了。

目前，国内学者对丛枝菌根真菌方面的研究主要集中在西北干旱区、盐碱地及其他地区，如盛敏等(2007)对西北盐碱土主要植物丛枝菌根真菌进行了初步研究; 包玉英(2004)对内蒙古草原和荒漠丛枝菌根共生多样性及其生态分布进行了系统研究，唐明等(2005; 2007)对内蒙古盐碱土中AM真菌多样性和宁夏旱生植物VA菌根真菌进行了研究; 王亚军等(2006)对定西柠条(Caragana korshinskii) VA菌根真菌特征及种类进行了初步研究; 刘永俊等(2009)对不同演替阶段人工柠条林丛枝菌根真菌分子多样性进行了研究; 石兆勇等(2006)等对天山北坡丛枝菌根真菌多样性进行了研究; 贺学礼等(2006a; 2006b)对黄土高原柠条AM真菌多样性及空间分布及毛乌素沙地豆科植物丛枝菌根真菌分布进行了研究; 张万红等(2006a; 2006b)对中国北方VA菌根真菌资源进行了总结，并对黄土高原柠条根际的VA菌根真菌进行了初步研究; 赵金莉等(2010)研究了毛乌素沙地克隆植物生长对AM真菌多样性和菌根形成的影响; 张英等(2003)对都江堰地区丛枝菌根真菌多样性进行了研究; 蔡晓布等(2005)研究了西藏高原草地植物AM真菌多样性及其环境影响因子等等，而对黄土丘陵沟壑区尤其对该区植被不同恢复阶段的丛枝菌根真菌方面的认识还不够。笔者通过对黄土丘陵沟壑区植被自然恢复不同阶段的丛枝菌根真菌的调查研究，揭示该区植被恢复不同阶段的AM真菌多样性，并分析其分布状况，为进一步探讨本区撂荒地植被自然恢复的生态学过程及其机制提供参考。

1 研究区域概况与研究方法 1.1 研究区域概况

研究区设在典型的黄土高原丘陵沟壑区———陕西安塞县境内，105° 51' 44″ E—109° 26' 18″ E，36°22'40″N—36°32'16″N，海拔997~1 731 m。地形复杂，梁峁连绵，沟壑纵横，全县水土流失面积2 832 km2，占总面积的96 %，是黄河中游水土流失重点县之一，也是西北典型生态环境脆弱区。安塞县属暖温带半干旱气候区，年平均降水量500 mm左右，且分布不均匀，降雨集中。年平均蒸发量1 000 mm，无霜期160~180天，年日照时间2 352~2 573 h，≥10 ℃积温2 866 ℃，年平均气温8.9 ℃，7月平均气温16.2 ℃，1月平均气温2.7 ℃，极端最低气温-23.6 ℃。土壤以黄绵土为主，约占总面积的95 % (马祥华等，2005)。

1.2 研究方法 1.2.1 样品采集

2006年7月，在陕西安塞县境内的纸坊沟流域，采集由撂荒到灌丛的植被恢复过程中不同恢复阶段优势植物的根样和根际土壤(表 1)，分析其菌根真菌的侵染状况、孢子密度和根际AM真菌物种多样性。在每个阶段，每个优势种的植物随机挖取至少3株，同时在每株植物的根围大约2~30 cm土层范围内，分别取表层土(2~10 cm)、中层土(10~20 cm)、深层土(20~30 cm)共约1 500 g。对不同恢复阶段间的比较，采用各恢复阶段中各样本植物的平均值。

1.2.2 菌根侵染率的测定

采集的根样用清水冲洗2~3次，于10% KOH溶液进行浸泡，并于90 ℃水浴锅中加热1 h，用碱性过氧化氢室温下软化20 min，在1%的HCl溶液中酸化3 min，然后用酸性品红乳酸溶液在90 ℃下染色30 min，再进行脱色与制片，于显微镜下观察AMF结构(丛枝、泡囊、无隔菌丝)，统计菌根侵染率(弓明钦等，1997)。

1.2.3 AM真菌孢子的分离

按照Dalpe(1993)描述的湿筛倾析-蔗糖离心法对100 g风干土壤中的AM真菌孢子进行分离。在体视显微镜下挑取AM真菌的孢子，后用水、乳酚、棉兰、Melzer试剂、PVLG (聚乙烯醇-乳酸-甘油)和PVL(聚乙烯醇-乳酸酚)等为浮载剂制片(唐明，2000)，并对孢子进行计数。

1.2.4 AM真菌的鉴定

采用形态学鉴定法，根据孢子的大小、颜色、孢壁结构、连孢菌丝的特征以及在各种封片剂中的理化反应等，参照Schenck等(1990)的“VA菌根真菌鉴定手册”和最新分类系统，同时参照国际VA菌种保藏中心及国内外种属描述特征资料进行VA菌根真菌种的鉴定分类。

1.2.5 AM真菌多样性的测定

即分析AM真菌的孢子密度、种的丰度、物种多样性指数(香农-威纳指数H)和物种均匀度等。

孢子密度(SD，spore density) = 100 g土壤中含有的AM真菌的孢子数。

种的丰度(SR，species richness) =每份土样中AM真菌种的数目。

物种多样性: Shannon-Wiener指数H = -ΣP_ilnP_i，Simpson指数D = 1-ΣP_i²; P_i = n_i/N，n_i为种i的孢子个数，N为样品中所有孢子的数目。

物种均匀度指数J = H/lnSR。

1.2.6 数据分析

采用SPSS 12.0对数据进行方差分析。

2 结果与分析 2.1 不同恢复阶段中菌根侵染率和孢子密度

表 2显示了阴、阳坡植被不同恢复阶段中的菌根侵染状况和根际土壤中的孢子密度。在阳坡半阳坡的植被不同恢复阶段中，平均菌根侵染率以第1阶段最高，为77.10%，并显著高于侵染率最低的第2阶段(35.00%)，其他各阶段间差异不显著(P＜0.05)。不同恢复阶段中根际的孢子密度，以第4阶段最高，为每100 g土135个，第1阶段的孢子密度最低，为每100 g土83个，且各恢复阶段间差异不显著(P＜0.05)。而对于阴坡半阴坡的不同恢复阶段，各阶段的平均侵染率差异不显著(P＜0.05)。对于根际的孢子密度，以第4阶段最高，为每100 g土127个，第1阶段最低，为每100 g土60个，且第4，5阶段的孢子密度显著高于第1，2阶段(P＜0.05)。

另外，分析了植被不同恢复阶段中主要植物丛枝菌根真菌侵染率和孢子密度(表 3)。在阳坡半阳坡菌根侵染率以第4阶段中的狼牙刺为最高，为91.25%，孢子密度以第4阶段中的长芒草为最高，达到每100 g土185个; 对于阴坡半阴坡，则丛枝菌根真菌侵染率和孢子密度分别为第4阶段的杠柳(100.00%)和灰栒子为最高(每100 g土165个)。

2.2 不同恢复阶段中AM真菌物种丰度、多样性和均匀度

不同恢复阶段中AM真菌物种的丰度、多样性和均匀度见表 4。在阳坡半阳坡上，AM真菌物种丰度以第4阶段为最高(7.40)，并显著高于第1，2，3阶段，第5阶段的物种丰度显著高于第1，3阶段，第3阶段与第2阶段间也达到了差异显著的水平(P＜0.05)。对于多样性指数(H，D)表现为:第4阶段显著高于第1，3阶段，其余各阶段差异不显著(P＜0.05)。阴坡半阴坡的AM真菌物种丰度和多样性(H，D)都呈现相同的规律，即第4，5阶段明显高于第1，2和第3阶段，其余各阶段差异不显著(P＜0.05)。在均匀度方面，阳坡半阳坡上第5阶段与第2，3，4阶段差异显著，在阴坡半阴坡上则差异不显著。

2.3 不同恢复阶段中的AM真菌

在阴、阳坡植被不同恢复阶段中，共分离鉴定出18种AM真菌，隶属于巨囊霉属(Gigaspora)、盾巨囊霉属(Scutellospora)和球囊霉属(Glomus)，其中巨囊霉属2种，盾巨囊霉属1种，球囊霉属15种(表 5)，为优势属。盾巨囊霉属的分布范围较小，只出现于阳坡的第1阶段，而巨囊霉属也仅限于阳坡的第1、3阶段以及阴坡的第5阶段。在分离到的18种AM真菌中，Glomus constrictum和Glomus geosporum 2种为各个阶段的共有种，应为优势种。

3 结论与讨论

黄土丘陵沟壑区植被恢复过程不同阶段上主要建群植物或优势植物根围的AM真菌具有较丰富的种类，共分离到18种AM真菌，占我国北方AM真菌总种数的69.23%，低于内蒙古盐碱土中AM真菌种类(26种)，与毛乌素沙地AM真菌种类(20种)接近，本区分离到的AM真菌隶属于3属——Gigaspora、Scutellospora和Glomus，其中以Glomus为优势属，共有15种，占总种数的83.33%，这与已报道的调查结果是一致的(彭岳林等，2006; 包玉英，2004; 唐明等，2007; 山宝琴等，2009)。在已报道的190多种AM真菌中，Glomus是能够形成AM真菌的球囊霉门中最大的一个属，这与Glomus中物种的生物学和生态学特性有关，其大多数种类是广谱型的，对环境适应性强，如G. constrictum和G. geosporum 2种在本区阴、阳坡的植被各恢复阶段都出现，显然为优势种。唐明等(2007)对内蒙古盐碱土中AM真菌多样性的研究结果表明G. geosporum和G. versiforme为优势种; 山宝琴等(2009)对毛乌素沙地中AM真菌多样性的研究结果也表明G. geosporum为优势种，德国和匈牙利盐碱土中优势种为G. geosporum和G. caledonium(Hildebrandt et al., 2001; Landwehr et al., 2002); 而在西藏高原草地中优势种为G. mosseae(蔡晓布等，2005)。由此可知，AM真菌的多样性及分布等不仅受地理环境(气候、土壤、地形等生态因子)的影响，而且在漫长的进化过程中，不同AM真菌和宿主植物的协同进化产生了与其所处的生态环境相适应的AM真菌物种多样性。

研究结果表明:阴、阳坡植被恢复过程不同阶段中的所有优势植物都能够形成丛枝菌根真菌，由此可见，AM真菌在黄土丘陵沟壑区的分布是较为普遍的，表明本地具有相对丰富的菌根植物多样性，即本区植物对AM真菌的依赖性较大。在阳坡半阳坡的植被不同恢复阶段，只有第1，2阶段的菌根真菌侵染率差异显著，其他各阶段间均差异不显著，阴坡半阴坡的植被不同恢复阶段的菌根侵染率差异不显著，可见各恢复阶段的植物对AM真菌的依赖性差异不显著，表明AM真菌在各恢复阶段都可能发挥着重要的生态功能。然而，由于宿主植物种类的不同，处于同一恢复阶段的植物其菌根真菌侵染率也不相同，而且，对于处于不同恢复阶段中的同一种类的植物，其菌根真菌侵染率也有很大的差异。例如，长芒草在阳坡的第2阶段———茭蒿+长芒草群丛中的侵染率为35.00%，而在阳坡第4阶段———杂灌丛阶段的侵染率则高达75.00%，可见，不仅宿主植物的种类，且微生境的不同也影响着菌根真菌的形成。对于孢子密度，阳坡半阳坡的植被不同恢复阶段间差异不显著，阴坡半阴坡的第4，5阶段的孢子密度显著高于第1，2阶段，可见孢子密度也类似于菌根真菌侵染率，受到宿主植物和环境因子的影响，这与已报道的一些研究结果一致(刘永俊，2007; Wang et al., 2004; 石兆勇等，2006)。宿主植物对菌根菌侵染率和孢子密度的影响可能主要是由于不同宿主植物与AM真菌的亲和力不同所致，而环境则可能主要是通过影响AM真菌和宿主植物的生长与发育，从而间接的影响菌根真菌侵染率和孢子密度。

对于不同恢复阶段，AM真菌物种的丰度和多样性的差异，可能是由于宿主植物的种类和宿主植物多样性的差异共同作用的结果，因为在植被不同恢复阶段，其优势植物的种类不尽相同，且有研究表明，AM真菌与宿主植物是2个相互依赖的实体，任何一方多样性的变化都会影响另一方多样性的变化(Sanders，2004)，在种类数量上两者具有显著的正相关(Landis et al., 2004)。从宿主植物角度来说，由于AM真菌生长发育的每一个阶段都是受宿主植物根系的影响(Bever et al., 1996)，因此，宿主植物是决定其AM真菌群落组成的重要因素(Eom et al., 2000)。AM真菌物种均匀度，在阳坡半阳坡上第5阶段与第2，3，4阶段相比差异显著，在阴坡半阴坡上则差异不显著。

AM真菌是专性共生真菌，植物多样性在一定程度上决定其多样性(唐明等，2007); 然而，在本区植被恢复过程中，某一个恢复阶段究竟谁起决定作用，或者说在某一个阶段是AM真菌多样性决定地上植物群落物种多样性，还是植物群落物种多样性决定AM真菌多样性，或在某一阶段相互促进协同发展，等等，这些问题还不清楚。这些问题的解决，有助于探讨本区撂荒地植被自然恢复的生态学过程及其机制提供可靠依据。本文的研究结果初步表明:在本区植被恢复的初期是植物多样性决定AM真菌物种多样性，在初期—中后期间(撂荒1~2年生草本植物群落—杂灌丛)二者协同发展，这一结论尚需在后续研究中进一步证实。总之，本论文的研究结果对进一步深入探讨黄土丘陵沟壑区AM真菌多样性与植物群落物种多样性关系具有重要意义，同时对于筛选具有适应性能力强的AM真菌且把菌根生物技术应用在黄土高原植被恢复中具有重要意义。