茶园之“隐秘的角落”——产生温室气体的“真凶”

“笑气”是“好”还是“坏”

1772年约瑟夫·普利斯特里发现了一氧化二氮或氧化亚氮（Nitrous oxide，N2O），也称“笑气”。18世纪90年代，汉弗莱·戴维等人发现氧化亚氮能使病人丧失痛觉，而且吸入后仍然可以保持意识，不会神志不清。不久后“笑气”就被当作麻醉剂使用，尤其在牙医师领域，造福人类。然而，环境科学研究人员发现笑气是《京都议定书》规定的6种温室气体（Greenhouse gas，GHG）之一，其具有温室效应，会加剧全球变暖。对比大家熟知的二氧化碳，氧化亚氮在大气中的含量很低，但它对温室效应的影响却是二氧化碳的298倍。随着大气中N2O浓度的增加，已引起科学家的极大关注。

大气中主要温室气体（图片来自网络）

氧化亚氮“从哪里来”

土壤是N2O排放的重要来源之一，其中农田土壤占60%以上。人类施加的过量氮肥，促进了土壤中微生物的活动，微生物能够将各种氮素转化为N2O。土地利用变化不仅会影响土壤的物理化学性质、生物学特性，而且也会影响土壤温室气体的排放，这也是近年来国内外环境与生态方面的研究热点。

茶（Camellia sinensis）是我国一种重要经济作物，种植面积连年攀升。但是，自然生态系统向人工林的转化会引发问题，如改变当地水文、加速土壤侵蚀、威胁生物多样性及增加温室气体的排放。而对天然林地向茶园土壤土地利用方式转变过程中N2O排放及“看不见”的幕后“真凶”却鲜为人知。

氧化亚氮排放的幕后“集团”

“看不见”的微生物是土壤各种营养物质循环的重要成员，是我们“衣食父母”之一。但是，它们中的一些成员也会时不时的“调皮捣蛋”给我们制造麻烦。

在酸性茶园土壤中，有一些微生物参与的反硝化作用可能是茶园土壤N2O排放中的“带头大哥”。“他”手下又领导着不同的“部队”，其中细菌和真菌是最主要的两支“突击队”。一般来说，与土壤细菌相比，真菌可能在N2O的产生中起更大作用。因为土壤真菌更加耐受酸性条件，且在有氧或低氧的土壤生态系统中均能够产生N2O。因此，与天然林相比，植茶可能会增加土壤真菌N2O的产生。此外，植茶后生物多样性丧失可能会对微生物群落和地下生态系统功能产生影响。

“抽丝剥茧”追踪“始作俑者”

近期，中国科学院城市环境研究所姚槐应研究团队以浙江杭州西湖龙井种植区选取经过长期施肥的不同种植年限茶园和林地土壤为研究对象，围绕林地向茶园的土地利用变化后土壤性质如何变化、真菌在土壤N2O产生中起什么作用等问题，测定土壤真菌群落变化、N2O排放特征与特定N2O产生真菌类群之间的关系。通过采集茶园系统（3年、36年和105年茶园）和邻近天然林地土壤，系统研究土地利用变化及植茶年限对土壤N2O排放及微生物群落结构与功能的影响。

研究发现，与林地相比，茶园土壤N2O的排放速率明显提高。真菌对茶园土壤的N2O排放比例明显提高，细菌对N2O贡献占比减少。此外，茶园和林地土壤的真菌群落组成和功能存在显著差异。其中，真菌的镰刀菌属（Fusarium）是茶园土壤N2O排放的一个重要真菌类群；硝态氮、土壤有机碳、碳氮比是茶园土壤N2O的排放特征变化的重要土壤理化指标。

植茶改变真菌群落并影响N2O排放示意图

相关研究成果以The conversion of subtropical forest to tea plantation changes the fungal community and the contribution of fungi to N2O　production为题，发表在Environmental Pollution上。博士生郑宁国为论文第一作者，姚槐应研究员为论文通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金等相关人才基金的共同资助。

参考文献:

1.　国家统计局, 2019. 中国统计年鉴[J]. 北京: 中国统计出版社.

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4.　IPCC, 2019. Climate Change and Land: an IPCC Special Report on Climate Change, Desertification, Land Degradation, Sustainable Land Management, Food Security, and Greenhouse Gas Fluxes in Terrestrial Ecosystem.

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6.　Zheng N, Yu Y, Wang J, Chapman S, Yao H. The conversion of subtropical forest to tea plantation changes the fungal community and the contribution of fungi to N2O production[J]. Environmental Pollution, 2020, 265(Part A): 115106.

来源：中国科学院城市环境研究所