1 施用椰子壳减少了N₂O的排放量，并且在椰子壳中观察到了食真菌螨虫

在第一个田间试验中（图2a, b），所有土地上的N₂O排放在施肥1周后开始增加。施用和未施用椰子壳的土壤N₂O排放通量均在同一天达到峰值，但施用椰子壳的土地上所有N₂O通量峰的高度均低于不施用椰子壳的土地上的所有N₂O通量峰的高度（图2c）。结果，在整个种植期间，施用椰子壳地块的累积N₂O排放量比不施用椰子壳地块的累积N₂O排放降低了53％（图2d）。椰子壳对于响栽培的甜玉米产量没有显著影响，但施用椰子壳可能使各地块的产量更加稳定（图2e）。这些发现表明，将椰子壳施用于土壤可以减轻N₂O排放，而不会影响农作物的产量。

使用显微镜观察到从田间采样到的椰子壳纤维之间的缝隙中存在许多螨虫（图2f）。在未施用椰子壳的田间土壤中也发现了相同的螨，这表明生活在从田间取样的椰子壳中的螨从田间土壤中迁移。在椰子壳中发现的螨虫属于试验场土壤中的两种优势螨虫种类（图2g）。该棕色物种具有硬化外骨骼，这是螨虫的典型形态特性。根据Krantz等人提供的特征描述，其他呈白色至稍微黄绿色和具有柔软的身体的物种，可能是其他螨虫。基于DNA序列信息进一步鉴定该物种（图2g）。白色螨虫的测序区域的前472个氨基酸与Benoinyssus aff. serratus AD1053具有97％的相似性。棕色螨虫的测序区域的前622个氨基酸与Scheloribates pallidulus具有94％的相似性。大多数螨以真菌为食，但这些螨虫也可能以分解有机物为食。在我们的研究中，将螨虫转移到土壤表面后，它们立即开始取食在土壤颗粒上生长的真菌菌丝体（图2h）。众所周知，螨虫具有多种功能，并且通常在施肥后的农田中可以观察到。

图2 施用椰子皮后，可减轻甜玉米田土壤中N₂O的排放。（a）气体采样装置，（b）椰子皮，（c）N₂O通量，（d）累积N₂O排放量，（e）甜玉米的产量，（f）生活在椰子壳缝隙中的螨，（g）在椰子壳中发现的主要螨类，（h）螨虫以生长在土壤颗粒上的真菌菌丝体为食。F：施肥的土壤； FH：施用肥料和椰子壳的土壤。

2 椰子壳通过增加土壤中食真菌螨虫的数量来减少N₂O排放

在第二个田间试验中，当未将杀螨剂施用于土壤时，施用椰子壳后Prostigmata和Oribatida种群丰度均增加（图3a）。施用椰子壳（FH）的土壤中Prostigmata和Oribatida的丰度比不施用椰子壳（F）的土壤中Prostigmata和Oribatida的丰度分别高449和196％。相反，当将杀螨剂施用于土壤时，在施用椰子壳（FIH）的土壤和未施用椰子壳（FI）的土壤之间，螨虫的丰度没有显著差异，并且两种土壤中的螨虫的丰度都比未经任何处理的土壤中发现的螨虫的丰度（F）略低。每种螨种类的丰度差异也没有显著差异。这些结果表明椰子壳增加了螨虫的数量，当将杀螨剂施用于土壤时，这种效果就消失了。当螨虫丰度增加时，N₂O排放量降低。施用椰子壳（FH）的土壤的累积N₂O排放量比不施用椰子壳的土壤的N₂O累积排放低45％（图3b）。这些结果表明，椰子壳对减少N₂O排放的作用取决于食真菌螨虫的数量。

在第一个微宇宙试验中，未经任何处理的土壤中发现的螨虫丰度（F）低于其他处理（图3c），这与第二次试验的结果相一致（图3a）。施用椰子壳（FH）的土壤中Prostigmata和oribatida的丰富度是没有椰子壳施用（F）的土壤中丰富度的59％和274％，导致椰子壳施用的土壤中螨虫丰度越来越高。同时测定了椰子壳和土壤中螨虫的丰度。椰子壳中螨虫的容积丰度高于土壤，对于Prostigmata和Oribatida种群相应的值分别为4.54和5.43倍（图3d）。这些结果与第一次从椰子壳中观察到大量螨虫的发现一致（图2f）。与无螨虫添加（F'）的对照土壤（F'M）的排放量相比，螨虫丰富度下降了36％（图3e）。此外，与添加螨虫的土壤的排放量相比，添加椰子壳后（图3c）的螨虫丰富度进一步降低了30％，但未施用椰子壳（F'M）（图3e），与来自第二次试验的结果一致（图3a，b）。此外，与未施用椰子壳的土壤排放相比，添加椰子壳后螨的丰度增加进一步使N₂O排放（F'HM）降低了30％（图3e）。螨虫丰度和N₂O排放发现强相关性（图3f）。

图3 将椰子壳施用于土壤中来增加土壤中食真菌螨虫的数量，从而影响土壤N₂O的排放。

3 食真菌螨虫通过食用产N₂O的真菌来减少土壤N₂O的排放

在体外测试中，使用各种分类群（Penicillium、Fusarium、Talaromyces、Trichoderma和Aspergillus）的产N₂O的真菌菌株的纯培养物来测试食真菌螨虫摄食产N₂O真菌的能力。这些菌株是从实验室中分离出来的，经过验证能够在纯培养条件下产生N₂O。结果表明，将食真菌螨虫与每种测试的真菌菌株同时放置后，立即开始取食菌丝体，这表明食真菌螨虫表现出了针对产N₂O真菌的广谱摄食行为（图4a），表明螨虫摄食产N₂O真菌的速度可能非常快。

在第二个微宇宙实验中，评估了土壤真菌产N₂O的能力。施肥后第10天，施用食真菌螨虫的土壤中真菌nirK基因的丰度比无食真菌螨虫的土壤低21％（图4b）。表明食真菌螨虫降低了产生N₂O的真菌的丰度。此外，真菌18S rRNA基因的丰度降低了42％（图4c），这表明食真菌螨虫还降低了真菌群落整体的丰度。食真菌螨虫引入后，土壤中反硝化真菌丰度的快速变化与它们在体外快速消耗反硝化真菌的菌丝体相一致（图4a）。随着产生N₂O的真菌数量减少（图4b），N₂O排放量减少（图4d，e）。所有微宇宙的N₂O排放通量在同一天达到峰值（图4d）。但是，在食真菌螨虫土壤（F'M）中，N₂O排放峰的高度明显低于无螨土壤（F'）（图4d），其累积N₂O降低了35％。在施肥后的整个N₂O排放期间，施用椰子壳土壤的N₂O通量与未经处理的对照土壤（F'）的N₂O通量几乎相同（图4d）。N₂O累积排放量没有显著差异（图4e）。从用于破坏性土壤采样的微宇宙重复的处理（F'M）获得的N₂O排放通量也较低。特别是施肥后10天，来自F'M的土壤的N₂O比来自F'低29％。这些结果表明，这些处理的N₂O的排放量低于无螨土壤的排放，这与其他的结果类似（图4e）。

图4 食真菌螨虫取食产N₂O的真菌及其对土壤N₂O排放的后续影响。a图片下方的数字表示拍摄照片的时间，箭头指示螨虫在菌丝体上觅食的位置。螨虫旁边的棕色物体是将螨虫转移到琼脂平板上时滴在琼脂板上的小土壤颗粒。在第二个微宇宙实验中，土壤中的真菌nirK基因（b）和18S rRNA基因（c）丰度，N₂O通量（d）和累积N₂O排放量（e）。

如第二个田间试验和第一个田间试验中观察到的，将椰子皮施用到土壤上可为螨虫提供一个理想的栖息地，从而促进螨虫的繁殖并增加其在土壤中的丰度（图1）。在田间试验（图3a）和微宇宙试验（图3c）中，椰子皮的施用明显增加了螨虫的主要种群Prostigmata和Oribatida。Prostigmata丰度的增加似乎大于Oribatida丰度的增加（图3a, c）。这些研究结果可能表明Prostigmata能够在资源受到干扰或突然转移后迅速繁殖，而Oribatida相对于其他节肢动物而言繁殖相对较慢。椰子皮可以通过给食真菌螨虫一个有利的栖息地来促进食真菌螨虫的繁殖，因此观察到大量的食真菌螨虫生活在该地区（图2f, g）。在微宇宙实验中，从田间回收的椰子壳纤维之间的间隙和椰子壳中螨的体积丰度明显高于土壤中的螨虫（图3d）。食真菌螨虫喜欢生活在椰子壳中的原因可能是由于壳的多孔结构，这使它们对空气和水具有很高的渗透性。这种环境可能有利于食真菌螨虫的栖息和产卵，值得注意的是，椰子壳的微细结构与叶片多形性非常相似，后者是某些植物叶片下部的形态发生结构，通常被螨类占据，这为它们产卵及抵御捕食者提供了避难所。更有趣的是，据报道，叶片面积大的葡萄品种观察到更多的的螨虫，真菌破坏叶片的现象较少，这与在椰子壳试验中观察到N₂O排放减缓存在类似的生态基础。除了增加螨虫的丰度外，在田间试验（图3b）和微宇宙试验（图3e）中，施用椰子皮还减少了N₂O的排放，而田间试验（图3b, e）和微宇宙试验（图4e）的结果表明椰子皮并没有影响被螨虫活动抑制的土壤中的N₂O排放。这些结果证实，应用椰子壳对N₂O排放的影响取决于食真菌螨虫的活动。

食真菌螨虫的摄食活动可能会通过在土壤中消耗其生物质（图1中所示的假设步骤2）而降低产生产N₂O真菌的数量，如在体外对产N₂O真菌的摄食行为进行的测试中所观察到的那样。对摄食习惯的分析表明，螨虫可以快速摄食各种分离的产生N₂O的真菌菌株（图4a），微宇宙研究表明，向无螨虫的土壤中添加螨虫的效果显著。降低了反硝化真菌的丰度（图4b）以及总的真菌丰度（图4c）。在将食真菌螨虫引入试验土壤中之后的较短时间内，试验土壤中的真菌丰度降低了。引进螨虫是可能性最高的方法，螨虫可能会影响测试的土壤中真菌的丰度。虽然螨虫还能够通过相互作用影响真菌丰度，例如孢子分散和栖息地形成，但这些效果一般需要很长时间。相比之下，测试土壤中的真菌丰度在引入测试的土壤之后的相对短的时间内降低。具体而言，引进螨虫的第11天后，引入螨虫的土壤中的真菌丰度为引入螨虫土壤中的一半（图4b），在第5天来自土壤的螨虫是未添加螨虫土壤的一半（图4d），表明真菌丰度的差异可能甚至早期出现。此外，在体外测试中观察到现象，可以解释为什么添加螨虫不仅降低了硝化真菌的丰富度，还降低了微宇宙中的总体真菌丰富度。

观察到的真菌反硝化菌的丰度下降和真菌总体的丰度都伴随着N₂O的排放减少，这表明食真菌螨虫可以通过减少土壤中N₂O产生的真菌的含量来减少N₂O的排放（图1中所示的假设步骤3）。有趣的是，N₂O排放量的减少率为N₂O通量峰值处真菌丰度的减少率的85％。这些结果与我们先前的研究非常一致，表明真菌在相似的条件下贡献了高达84％的N₂O排放。因此，反硝化真菌减少的N₂O产量可能是将螨虫添加到被测土壤中后N₂O排放降低的根本原因。但是，应该注意的是，直接产生N₂O可能不是真菌影响N₂O动力学的唯一途径。腐生真菌通过分解有机物而在氮矿化中发挥重要作用，并且通过它们对氮利用率的影响，这些真菌可以间接影响细菌的硝化和反硝化。因此，真菌丰度的降低可能会减少源自细菌硝化和反硝化作用的N₂O。相比之下，尽管食真菌螨虫可能会通过降低真菌的丰度来降低矿化速率，但认为大多数食真菌螨虫也能够通过破碎有机物，同时捕食附着在碎屑上的真菌来促进矿化过程。最近的一项研究表明，向土壤中添加食真菌螨虫可通过增加氮的矿化作用来增加N₂O的排放。

总而言之，食真菌螨虫对N₂O排放具有负面的调节作用，并表明可以通过改变食真菌螨虫的土壤生境来增强这种调节作用，从而可以减轻N₂O的排放。在作者的研究之前，众所周知，食真菌螨虫在农业土壤中分布广泛，并且其摄食真菌的行为构成了农业生态系统食物网的组成部分。食真菌螨虫的捕食强度足以影响真菌的丰度。研究结果表明，每千克土壤（在第二个野外试验和第二微宇宙试验中）的螨虫丰富度可能足以显著影响真菌的丰度（图4b, c）和N₂O排放（图4e）。N₂O排放与螨虫丰度（图3f）中具有极良好的关系，这表明在某些情况下N₂O排放由真菌反硝化为主，例如在将有机肥施加到土壤中的施用之后，这对于N₂O排放的监管效果提供了重要的见解。大多数关于减轻N₂O排放的研究专注于微生物群，因为这些含有N₂O的生产者，而螨虫很少与N₂O排放相关联。作者的研究结果表明，除了微生物群以外，中型动物区系作为N₂O生产者的捕食者，也应该成为N₂O排放的机理和源、汇的研究的组成部分。

作者的研究发现施用椰子壳可以在田间规模上增加土壤中的食真菌螨虫种群丰度，这些发现为缓解农业土壤中的N₂O排放提供了一种应用方法。该策略涉及将天然材料应用于土壤并利用土壤食物网中天然存在的土壤中动物的微生物摄食行为，而不是使用合成化合物，因此，该策略可能比常规方法更具环境友好性。然而，应该注意，该方法仅在本研究中使用特定类型的有机肥和特定类型的土壤进行测试；因此，需要使用不同类型的肥料和土壤测试该方法的普遍性。此外，通过使用本研究中观察到的螨虫的真菌饲喂行为的减轻N₂O排放可以基于真菌反硝化是有机肥施用后农业土壤中的主要N₂O生产过程，这表明在土壤中的这种方法在细菌硝化和反硝化是主要的N₂O生产过程中，可能需要进一步研究。

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