茶園之“隱秘的角落”——產生温室氣體的“真兇”_風聞

“笑氣”是“好”還是“壞”

1772年約瑟夫·普利斯特里發現了一氧化二氮或氧化亞氮（Nitrous oxide，N2O），也稱“笑氣”。18世紀90年代，漢弗萊·戴維等人發現氧化亞氮能使病人喪失痛覺，而且吸入後仍然可以保持意識，不會神志不清。不久後“笑氣”就被當作麻醉劑使用，尤其在牙醫師領域，造福人類。然而，環境科學研究人員發現笑氣是《京都議定書》規定的6種温室氣體（Greenhouse gas，GHG）之一，其具有温室效應，會加劇全球變暖。對比大家熟知的二氧化碳，氧化亞氮在大氣中的含量很低，但它對温室效應的影響卻是二氧化碳的298倍。隨着大氣中N2O濃度的增加，已引起科學家的極大關注。

大氣中主要温室氣體（圖片來自網絡）

氧化亞氮“從哪裏來”

土壤是N2O排放的重要來源之一，其中農田土壤佔60%以上。人類施加的過量氮肥，促進了土壤中微生物的活動，微生物能夠將各種氮素轉化為N2O。土地利用變化不僅會影響土壤的物理化學性質、生物學特性，而且也會影響土壤温室氣體的排放，這也是近年來國內外環境與生態方面的研究熱點。

茶（Camellia sinensis）是我國一種重要經濟作物，種植面積連年攀升。但是，自然生態系統向人工林的轉化會引發問題，如改變當地水文、加速土壤侵蝕、威脅生物多樣性及增加温室氣體的排放。而對天然林地向茶園土壤土地利用方式轉變過程中N2O排放及“看不見”的幕後“真兇”卻鮮為人知。

氧化亞氮排放的幕後“集團”

“看不見”的微生物是土壤各種營養物質循環的重要成員，是我們“衣食父母”之一。但是，它們中的一些成員也會時不時的“調皮搗蛋”給我們製造麻煩。

在酸性茶園土壤中，有一些微生物參與的反硝化作用可能是茶園土壤N2O排放中的“帶頭大哥”。“他”手下又領導着不同的“部隊”，其中細菌和真菌是最主要的兩支“突擊隊”。一般來説，與土壤細菌相比，真菌可能在N2O的產生中起更大作用。因為土壤真菌更加耐受酸性條件，且在有氧或低氧的土壤生態系統中均能夠產生N2O。因此，與天然林相比，植茶可能會增加土壤真菌N2O的產生。此外，植茶後生物多樣性喪失可能會對微生物羣落和地下生態系統功能產生影響。

“抽絲剝繭”追蹤“始作俑者”

近期，中國科學院城市環境研究所姚槐應研究團隊以浙江杭州西湖龍井種植區選取經過長期施肥的不同種植年限茶園和林地土壤為研究對象，圍繞林地向茶園的土地利用變化后土壤性質如何變化、真菌在土壤N2O產生中起什麼作用等問題，測定土壤真菌羣落變化、N2O排放特徵與特定N2O產生真菌類羣之間的關係。通過採集茶園系統（3年、36年和105年茶園）和鄰近天然林地土壤，系統研究土地利用變化及植茶年限對土壤N2O排放及微生物羣落結構與功能的影響。

研究發現，與林地相比，茶園土壤N2O的排放速率明顯提高。真菌對茶園土壤的N2O排放比例明顯提高，細菌對N2O貢獻佔比減少。此外，茶園和林地土壤的真菌羣落組成和功能存在顯著差異。其中，真菌的鐮刀菌屬（Fusarium）是茶園土壤N2O排放的一個重要真菌類羣；硝態氮、土壤有機碳、碳氮比是茶園土壤N2O的排放特徵變化的重要土壤理化指標。

植茶改變真菌羣落並影響N2O排放示意圖

相關研究成果以The conversion of subtropical forest to tea plantation changes the fungal community and the contribution of fungi to N2O　production為題，發表在Environmental Pollution上。博士生鄭寧國為論文第一作者，姚槐應研究員為論文通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金等相關人才基金的共同資助。

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來源：中國科學院城市環境研究所