眾所周知，人為N沉降會深刻改變森林生態系統中外生菌根(ECM)菌絲特征的動態變化。在受到N沉降的森林中，菌絲特征在土壤不同位點的差異使我們假設，在這些森林中，ECM菌絲的生長特征和功能特征受到土壤養分有效性的調控。以西南山地養分存在明顯差異的兩種人工針葉林—云杉林（Picea asperata Mast.）和華山松林（Pinus armandii Franch.）為試驗對象，采用N添加模擬大氣 N 沉降，研究了N 沉降對兩種人工林ECM外延菌絲生長特征(生物量、產量、菌絲密度和周轉率)和功能特征(菌絲探測類型和親/疏水性)的影響差異。我們通過測定連續收獲的生長網袋中的菌絲生物量和應用數學模型來量化菌絲的周轉和產量。我們還通過對ECM真菌群落組成的表征，獲得菌絲的探測類型和疏水性變化。實驗結果表明：1）在土壤N素有效性較低的華山松林（18 mg N kg?1），N添加使ECM菌絲產量、菌絲生物量和菌絲長度密度分別增加了79%、39%和73%。相反地，在土壤N素有效性較高的云杉林(30 mg N kg?1)，N添加明顯抑制了ECM菌絲生長；2）N添加使華山松林ECM菌絲由中長距離疏水性菌絲向中短距離親水性菌絲轉變，而云杉林則表現出相反的響應趨勢。總體而言，我們的實驗結果證明了N添加對ECM菌絲特征的影響在很大程度上取決于林分土壤養分有效性高低。

外生菌根(ECM)共生體在大多數北方和溫帶森林中普遍存在，其中ECM真菌可以有效的協助植物獲取限制性養分（如N），并換取寄主植物光合作用固定的碳（C）用于自身生長。從ECM根尖彌散出的致密外延菌絲體（extrametrical mycelia, ERM）可以有效地勘探周圍土壤，并從根系營養耗竭區以外的區域搜尋養分。ECM菌絲體的生產和周轉代表著土壤C輸入和儲存的重要過程，且ECM菌絲被認為是森林土壤中C和養分動態的重要調節劑。因此，弄清影響ECM菌絲特征和動態的驅動因素對于更好地理解ECM真菌在未來全球變化背景下介導生物地球化學過程的作用至關重要。

全球范圍內大氣N沉降的急劇增大，導致土壤N有效性逐漸增加。由于土壤養分有效性是決定寄主植物對共生伙伴光合C 投入的關鍵因素，N沉降引起的土壤N有效性的變化將在很大程度上調控ECM真菌與宿主植物間的相互作用，并影響 ECM 根尖和菌絲的生產。已有研究表明，ECM真菌可以根據土壤N有效性和植物C分配量來調節菌絲的生產，從而平衡N收益的C成本。因此，一方面，N 沉降的增加由于可能引起植物分配給ECM真菌的C比例降低，而通常被認為會抑制ECM生物量和產量。另一方面，N 有效性的改變也會影響具有不同菌絲勘探類型的ECM真菌類群的優勢度。據報道，在高的土壤N有效性下，“短距離”、“接觸”和“中距離光滑”型菌絲勘探類型（無菌索）的ECM屬會占主導地位，而在N受限的條件下，“長距離”型菌絲勘探類型（加厚的菌索結構，C需求較高）ECM屬會占主導地位。

然而盡管大多研究認為，N沉降的增加會抑制ECM菌絲的生產，菌絲的功能特征也會向有限的勘探能力轉變，但一些研究也報道了增加的N有效性對ECM生物量和產量產生了積極的影響。例如，Hendrick等人（2016）研究發現：施N后ECM生物量增加。類似的還有Kalliokoski等人（2010）發現的：相比貧瘠的土壤，肥沃的土壤中ERM的產量更高。造成這些差異性結果的原因可能是由于土壤本底養分有效性和N添加量的差異決定了ECM真菌N受限和緩解的程度，從而影響了N沉降對菌絲動態響應的方向和幅度。此外，大量研究發現，向N受限的生態系統輸入外源N可以增加宿主植物和共生真菌對磷(P)的需求，從而使這些生態系統的營養狀況逐漸由N限制向P限制轉變。這種營養限制狀態的改變又可能會刺激宿主植物分配更多的C給ECM菌絲，并有利于N活化能力較低而P活化能力較高的真菌生存。與勘探N類似，與“接觸”和“短距離”菌絲探測類型相比，“中等距離邊緣”型菌絲探測類型和“長距離”菌絲探測類型在P勘測方面更有效。然而，目前土壤養分有效性在N沉降對菌絲生長和功能性狀的直接影響中的作用程度尚不清楚，這可能在很大程度上阻礙了我們對N沉降下菌絲動態變化所介導的養分循環過程的理解。

因此，本研究以青藏高原東部兩個土壤N有效性存在明顯差異的典型人工針葉林—云杉林(Picea Asperata Mast.)和華山松林(Pinus armandii Franch.)為研究對象，采用野外模擬大氣N沉降實驗，研究了N沉降對菌絲生長特征和功能特征的影響。與云杉林分相比，華山松林土壤無機N含量相對較低，而土壤有效P含量相對較高。我們利用兩個人工林不同的土壤肥力，研究了土壤養分有效性對菌絲動態對N沉降響應的影響。由于宿主植物和ECM真菌對N限制表現出不同的敏感性，我們假設N沉降對菌絲動態的影響可能受到土壤天然養分有效性的調節。具體為：1）在土壤N有效性較高的林分施加N（植物N受限，ECM真菌N不受限），菌絲生長會受到抑制，因為植物減弱的N限制會減少地下C向ECM真菌的分配，而在土壤N有效性相對較低的林分施加N（植物和ECM真菌可能均N受限），則會刺激菌絲生長，因為土壤N有效性的小幅增加會緩解N對ECM真菌的直接限制；2）如果N沉降增加了土壤N素有效性，那么菌絲探測類型的養分勘測距離將會變短，因為在增大的N供應條件下支持低C需求的“接觸-短”和“接觸-中”探測類型真菌屬生長要比支持高C需求的“中-長”探測類型屬生長對于植物而言獲益更多。

1）?ECM菌絲生長特征對N沉降的響應

在菌絲袋180d的生長季孵育下，我們發現：N沉降使云杉林的菌絲產量下降了35%（從1.61 kg ha-1 d-1下降到1.04 kg ha-1 d-1）（P < 0.001），而使華山松林增加了78%（從1.16 kg ha-1 d-1增加到2.07 kg ha-1 d-1）（圖2a）。對菌絲生物量而言， 相比對照樣地，施N樣地的菌絲生物量在云杉林下降了33% （P = 0.003），而華山松林增加了39%（P = 0.006）（圖2b）。菌絲密度對N添加的響應與菌絲生物量和產量的變化趨勢相似（圖2d）, 而ERM的周轉率在兩林分中均未受到N添加的顯著改變（圖2c）。此外，通過相關性分析發現：菌絲生物量與菌絲產出、菌絲密度顯著相關。

圖2 環境樣地和N處理樣地下云杉林（無斜線）和華山松林（斜線）外延菌絲的（ERM）生物量產量（kg ha-1d-1）（a）、ERM生物量（b）、ERM生物量周轉（c）和ERM密度（d）。誤差棒為平均值±SE（n = 3），*表示特定林分的ERM生長性狀在環境和施N處理之間存在顯著差異（P < 0.05）。

2）?ECM菌絲功能特征對N沉降的響應

研究發現，施N改變了兩個林分的ECM真菌群落在屬水平上的組成（圖S2）。其中華山松林表現為，施N顯著降低了養分勘探能力較強、勘探范圍較廣的ECM真菌類群的相對豐度（如Amphinema（M-F）和Rhizopogon（L）），而增加了養分勘探范圍較小的類群的相對豐度（如Russula（C/M-S）、Tuber（S）和Inocybe（S）（P<0.05; 圖3a），而云杉林則表現出相反的趨勢，具體為：施N顯著降低了Tomentella（S/M-S）、Trichophaea（C）和Inocybe（S）的相對豐度，增加了Amphinema（M-F）的相對豐度（P<0.05；圖3b）。

圖 3 ?環境和N添加處理下華山松（a）和云杉（b）豐度前15的ECM真菌在屬水平的豐度差異。圓的位置代表了兩種處理下豐度的差異性大小。紅圈表示N添加處理的豐度比例高于環境處理；藍色圓圈表示與N添加處理的真菌豐度比例低于環境處理。*表示兩處理間在P = 0.05上差異顯著。探測類型：C（接觸式探測）、S（短距離探測）、M-S（中距離平滑探測）、M-F（中距離邊緣探測）、L（長距離探測）、ND（未識別）。

將ECM真菌ASVs劃分到不同的勘探類型水平后，結果顯示，施N顯著降低了華山松林分“中-長”類群的相對豐度，而增加了“短-接觸”類群和“中-接觸”類群的相對豐度，而云杉則表現出相反的趨勢（圖4a）；將ECM真菌ASVs按菌絲的疏水特性劃分歸類后，我們發現N添加顯著增加了華山松林中“親水型”菌絲的相對豐度，降低了“疏水型”菌絲的相對豐度，而云杉林中也表現出相反的趨勢。

圖 4 ?云杉和華山松林地在環境和N處理下ECM真菌在探測類型（a）和疏水性水平[親水性（Hi），疏水性（Ho）]中的平均相對豐度（%）。誤差棒為平均值±SE（n = 3），*表示特定林分的探測類型和疏水性在環境處理和N處理之間存在顯著差異（P < 0.05）。

3）?菌絲生長特性與功能特性的偶聯關系

我們研究發現, ECM真菌群落組成與菌絲生物量、菌絲產量和菌絲密度顯著相關（RDA; P = 0.005, 圖5a）。在菌絲勘探類型水平上，菌絲生物量與“接觸-短”和“接觸-中”菌絲類型屬的豐度呈顯著正相關，而與“中-長”菌絲類型屬的豐度呈負相關（圖5b）。從疏水性水平看，菌絲生物量與屬于親水性菌絲的屬的相對豐度呈顯著正相關，而與屬于疏水性菌絲的屬的相對豐度呈顯著負相關（圖5b）。在屬水平上，兩種林分添加N后Russula、Amphinema、Tomentella、Rhizopogon、Sebacina、Tyichophaea和Inocybe屬均發生了顯著變化(圖5a)。其中屬于“接觸-短”和“接觸-中”距離探測類型屬的相對豐度（如Russula、Tomentella、Inocybe）明顯和菌絲生物量和密度呈正相關, 而屬于“中-長”探測類型的屬（如Amphinema 和Rhizopogon）的相對豐度與菌絲生物量和密度呈顯著負相關（圖5a）。

圖 5 ?ERM探測類型冗余分析（RDA）顯示了兩種林分土壤外生菌根（ECM）真菌群落組成對N處理的響應（a）。帶箭頭的紅色直線表示ERM生長特性；不同顏色的點代表ECM真菌所屬的不同ERM探測類型；點的大小代表它們的相對豐度。軸1和軸2分別解釋了41.16%和21.37% 的群落變異。（b） 圖展示了ECM真菌生物量與ECM真菌類群的相對豐度（%）之間的線性關系。藍色（華山松）和紅色（云杉）代表不同的林分類型。空心點（環境）和實心點（N處理）表示不同的處理方式。

本研究結果表明：N添加對ECM菌絲特征的影響在很大程度上取決于林分土壤養分有效性高低（圖6）。此外，結合前人相關研究，本研究提出了一個關于N沉降對ECM菌絲特征影響的預測概念框架（圖S3），即林分土壤N受限程度、N飽和階段、以及其它養分限制（如P）等因素共同調控ECM菌絲特征對N沉降的響應規律。上述結果為闡釋N沉降下森林ECM菌絲呈現多樣化變化特征提供了新的視角。

圖6 兩種針葉林菌絲生長特性和功能特性對模擬N沉降的響應差異

圖S3?ECM菌絲生物量和菌絲探測類型對長期N添加響應的概念框架圖