小螨虫、大气候:申浩洋等提出用螨虫减少土壤温室气体排放

2021
04/27

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生物世界
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该研究论文作者指出,在热带地区(包括我国的海南岛),椰树种植每年都产生大量的废弃椰壳,而焚烧作为对废弃椰子壳常用的处置方式,会不可避免地排放温室气体 CO2,因此,将椰壳施入田中或许会一举多得:不光能减少 N2O 排放,还能间接减少 CO2 的排放,同时又能节约农业废物的处置成本。


螨虫 属于节肢动物门蛛形纲广腹亚纲的一类体型微小的动物,身体大小一般都在0.5毫米左右。提到螨虫,大家往往想到的是寄生在人面部的螨虫,它们会导致青春痘、痤疮、酒糟鼻等等皮肤问题。

实际上,螨虫的种类非常之多,目前已经发现超过50000种。近日,东京大学申浩洋团队发表的一项研究显示, 利用食真菌性土壤动物—— 螨虫 可以减少温室效应气体氧化亚氮的排放量 。通过在土壤中施用椰子壳,为螨虫提供一种多孔的庇护所,能够增加螨虫在土壤中的数量。螨虫通过摄食减少了土壤中产 N 2 O 的真菌,从而减少了 N 2 O 的排放。将该 N 2 O 减排技术应用于农业土壤,有望为抑制气候变暖做出贡献。


氧化亚氮(N2O)是人类活动排放的最重要的温室气体和臭氧层消耗物质之一。单位质量的 N2O 产生的温室效应是二氧化碳(CO2)的近 300 倍。由于 N2O 主要源自农业土壤中微生物的硝化和反硝化作用,一直以来,微生物过程都是 N2O 排放机理和减排方法研究关心的重点。

近日,来自东京大学的中国学者申浩洋 团队 在 The ISME Journal 期刊的发表了题为:Mitigating N 2 O  emissions from agricultural soils with fungivorous mites利用食真菌性螨虫减少农业土壤 N2O 排放)的研究论文。

该研究发现,不只土壤微生物,中型土壤动物也与 N2O 排放相关。该研究还证实, 螨虫 等食真菌性中型土壤动物可以通过捕食,减少土壤中释放 N2O 真菌的生物量,从而负向调控 N2O 的排放;并且,可以通过人为增加土壤中螨虫的数量达到 N2O 减排的目的。


该研究随后也引起了权威评论杂志《自然评论:微生物学》(Nature Reviews Microbiology)的关注,后者以:Mites reduce microbial N2O emissions(螨虫能减少微生物 N2O 排放)为题,报道了该研究的重点。


螨虫调控温室气体(N2O)排放


在农业土壤中,反硝化真菌贡献了相当大一部分的 N2O 排放。已有的研究表明,从土壤中分离的真菌大约有一半具有 N2O 释放能力。另一方面,一般认为在土壤中普遍存在的以真菌为食的螨虫 (fungivorous mites) 有着广谱的食真菌能力。作者由此猜想,食真菌螨虫可能通过其摄食活动消耗土壤中的释放 N2O 的真菌,从而减少 N2O 的排放。

作者将螨虫分别置于五株不同属的有 N2O 释放能力的真菌菌丝上,发现螨虫可以迅速取食于全部五株真菌的菌丝。作者表示,这样的结果与现有研究相符:螨虫食谱的广泛,而 N2O 释放能力近年被认为是真菌较为普遍的特性,因此螨虫的食谱大量覆盖 N2O 释放真菌是容易理解的。

作者进一步分别考察了无螨虫土壤和人为添加了螨虫的土壤,在施加有机肥料后 N2O 的排放。实验发现,有螨虫土壤在施肥后排放的 N2O 量明显低于无螨虫土壤;且在 N2O 排放期间,有螨虫土壤中的真菌总体丰度和反硝化真菌丰度均更低,从而证明了螨虫对 N2O 排放的削减作用。作者表示,虽然捕食并非螨虫影响 N2O 排放的唯一可能方式,但是鉴于在螨虫的作用在处理后的一周左右就见效,结合螨虫对纯培养菌丝的迅速消耗能力,可以推断螨虫最有可能是通过捕食消耗 N2O 释放真菌的生物量——这种较为迅速直接的方式影响了 N2O 的排放。

利用螨虫减排 N2O

即使螨虫可以减少 N2O 的排放,将其应用于减排实践仍面临挑战,因为如何在田间如此大的尺度下增加螨虫的数量仍是一个难题。对此,该研究提出了一个相对简单、价廉的解决方案:在田间施加椰子壳 (coconut husk,椰子的中果皮部位)

废弃椰子壳,中果皮部分富含纤维,有大量可供螨虫栖息的缝隙。图片来源:Pexels

作者在田间实验中考察了施肥的同时施加椰子壳对螨虫和 N2O 排放的影响,结果显示,在施肥的同时施加了椰壳的土壤中,单位质量土壤中螨虫的数量比只施肥的土壤更多,单位面积土壤排放的 N2O 更少;而在施加椰壳的基础上施加除螨剂时,螨虫的数量和 N2O 的排放量均与只施肥的对照组无显著差异。在从田间回收的椰壳中,纤维的缝隙间发现了大量的螨虫。同时,在实验室进行的相似处理的实验中发现,椰壳中螨虫的单位体积密度远高于土壤中螨虫的单位体积密度。由此证实了椰壳能通过为土壤中的螨虫提供庇护所,增加螨虫的数量,从而减少 N2O 的排放。

《自然评论》高级编辑、前述简报作者 Grant Otto 指出,这项研究表明,通过改善土壤生境,增加螨类等中型动物区系的丰度,可能是减少农业人为 N2O 排放的一种途径。

该研究论文作者指出,在热带地区 (包括我国的海南岛) ,椰树种植每年都产生大量的废弃椰壳,而焚烧作为对废弃椰子壳常用的处置方式,会不可避免地排放温室气体 CO2,因此,将椰壳施入田中或许会一举多得:不光能减少 N2O 排放,还能间接减少 CO2 的排放,同时又能节约农业废物的处置成本。

论文链接:
https://www.nature.com/articles/s41396-021-00948-4
https://www.nature.com/articles/s41579-021-00549-0
本文由作者自行上传,并且作者对本文图文涉及知识产权负全部责任。如有侵权请及时联系(邮箱:nanxingjun@hmkx.cn
关键词:
温室气体,小螨虫,真菌性,土壤,气候,丰度

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