蚯蚓对N2O排放的影响及途径研究进展

• 作 者: 罗天相 卢以鑫
• 出 处: 江苏农业科学
• 发表日期: 2019年18期
• 关键词: 蚯蚓 N2O 排放途径 关键酶基因 秸秆残体还田 源汇 研究进展

　　摘要：土壤生态系统与温室气体排放关系密切。蚯蚓参与调控土壤的能量流动和物质循环过程，对土壤温室气体如N2O的产生与排放产生重要影响。蚯蚓影响N2O排放的关键酶基因，特别是反硝化过程中的Nir与Nos基因比，调控土壤硝化和反硝化作用进程，影响土壤N2O排放。蚯蚓促进土壤氮素分解矿化过程，与氮素可利用性密切相关，显著影响了N2O的产生和排放。秸秆残体还田处理是一种常见的农田管理方式，有助于培肥土壤。但不同C/N的秸秆、秸秆施加方式（混施、表施）在接种不同生态型蚯蚓后，对土壤N2O排放量的影响差异很大。蚯蚓在取食、活动包括死亡后，都可能直接释放出N2O，尽管直接排放的N2O量在田间的比例相对较低，但这在微系统中仍然不容忽视。
　　关键词：蚯蚓;N2O;排放途径;关键酶基因;秸秆残体还田;源汇;研究进展
　　中图分类号：S154.1文献标志码： A
　　文章编号：1002-1302（2019）18-0050-04
　　收稿日期：2018-05-27
　　基金项目：国家自然科学基金（编号：31460150）;宜春学院地方发展中心研究项目（编号：2015DF031）。
　　作者简介：罗天相（1973—），男，江西南昌人，博士，教授，主要从事土壤生态学与环境生态学研究。E-mail：[e-mail]。
　　蚯蚓是一种大型的土壤动物，分布广泛，是生态系统中重要的功能类群。作为N2O生成与排放的生态系统活动式“热点”[1]，蚯蚓是陆地温室气体（特别是N2O）排放的重要生物源。据估計，蚯蚓源所排放的N2O约为3×108 kg/年[2]。农田生态系统中，蚯蚓的种群密度会随着农田管理措施的改善而显著增加，所以蚯蚓对土壤N2O排放的增量效应在未来可能持续增长[3]。Borken等的研究表明，蚯蚓促进了土壤N2O的排放[4-5]，但由于蚯蚓生态型各异及农田秸秆施加方式不同等诸多原因，相关观点尚未达成一致。表施植物残体土壤的蚯蚓促进土壤N2O排放量增加，但是秸秆混施后接种蚯蚓却未增加N2O排放[6]。
　　一般认为，蚯蚓肠道、穴际土壤及其排泄物构成的蚓触圈是蚯蚓成为N2O排放源的重要原因。在蚯蚓排泄物中，可溶性有机氮和铵态氮（NH4 -N）具有较高的含量;蚓触圈内的土壤硝化和反硝化菌数量多、酶活性高，蚯蚓在土壤含氮物质的破碎、矿化过程中有促进效应。蚯蚓肠道是一个特殊的微环境，具有丰富的微生物组成和群落，好氧与兼性微生物种类丰富，蚯蚓的混合活动和肠道厌氧的微域环境，使新鲜蚓粪和穴际土壤的反硝化作用加强[4]，促进土壤N2O排放。蚯蚓还能吞食由氮分子形成的细菌排放出N2O[1]。蚯蚓的取食和掘穴活动使土壤表层疏松，土壤孔隙度增加，反硝化过程的中间产物在土壤孔隙间传导，避免反硝化作用产生的N2O还原为N2[7]。随着全球氮沉降及农田氮肥施用量的增加，蚯蚓对农田生态系统反硝化作用产生影响，硝化和反硝化过程的中间产物增多，气态氮的逸失亦会增加。
　　尽管当前蚯蚓与N2O的排放是研究热点，但对于蚯蚓影响N2O排放的影响结论并不一致，相关机制分析上亦未达成一致意见。为充分了解蚯蚓在土壤生态系统中的功能地位，明确蚯蚓影响N2O排放的可能途径，本文根据文献综述了蚯蚓影响土壤温室气体排放的途径及相关机制。
　　1