氧化石墨烯的廣泛生產(chǎn)和利用引起了人們對(duì)其環(huán)境釋放和潛在生態(tài)影響的關(guān)注，特別是在農(nóng)業(yè)土壤中。有效的氮(N)管理，特別是通過(guò)雙氰胺(DCD)等硝化抑制劑，可以通過(guò)N生物刺激減輕氧化石墨烯暴露對(duì)土壤微生物的負(fù)面影響。本研究量化了氧化石墨烯和DCD處理后土壤理化性質(zhì)、氧化亞氮排放、微生物活性、生物量和群落的變化。氧化石墨烯暴露顯著降低了細(xì)菌16S rRNA基因豐度和主要細(xì)菌門(mén)的生物量。它還刺激了與人類(lèi)疾病相關(guān)的通路。然而，DCD的施用減輕了氧化石墨烯暴露對(duì)土壤細(xì)菌生物量的負(fù)面影響。施用DCD顯著降低了土壤N
2O排放，而GO的施用往往會(huì)阻礙DCD的抑制作用。本研究結(jié)果強(qiáng)調(diào)了氧化石墨烯暴露于土壤微生物的危害以及土壤氮管理的潛在緩解策略。
圖1. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑對(duì)土壤N
2O排放速率的影響CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的4個(gè)不同處理間差異顯著，大寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的2個(gè)處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖2. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑對(duì)土壤(a) β-葡萄糖苷酶、(b)幾丁質(zhì)酶、(c)脲酶、(d)酸性磷酸酶和(e)芳基硫酸酯酶活性的影響;(f)凈氮礦化，(g)潛在硝化作用，(h)潛在反硝化速率;(i)電子傳遞系統(tǒng)活動(dòng);(j)多功能性。CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的4個(gè)不同處理間差異顯著，大寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的2個(gè)處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖3. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑對(duì)(a) ACE和(b) Chao1豐富度估價(jià)值的影響(c)細(xì)菌群落Shannon指數(shù)和(d) Simpson指數(shù);(e) ACE和(f) Chao1豐富度估計(jì)器;(g) Shannon和(h) Simpson真菌群落指數(shù)。CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;
GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的4個(gè)不同處理間差異顯著，大寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的2個(gè)處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖4. (a)土壤細(xì)菌門(mén)的相對(duì)豐度(相對(duì)豐度>1%)，(b) 16S rRNA基因豐度和不同門(mén)的土壤細(xì)菌群落(c)變形菌門(mén)，(d)放線菌門(mén)，(e)綠藻門(mén)，(f)厚壁菌門(mén)，(g)酸桿菌門(mén)，(h)粘球菌門(mén)，(i)擬桿菌門(mén)，(j)藍(lán)藻門(mén)，(k) Patescibacteria， (l) Gemmatinonadota。CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的4個(gè)不同處理間差異顯著，大寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的2個(gè)處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖5. (a)土壤真菌門(mén)類(lèi)的相對(duì)豐度(相對(duì)豐度>1%)，(b)真菌ITS豐度和(c)子囊菌科、(d)擔(dān)子菌科、(e)壺菌科、(f)腐肉菌科不同門(mén)類(lèi)的絕對(duì)豐度。CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的4個(gè)不同處理間差異顯著，大寫(xiě)字母表示相同孵育時(shí)間的2個(gè)處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖6. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑施用對(duì)(a)第14天、(b)第28天和(c)所有孵育時(shí)間土壤細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)的影響，以及(d)第14天、(e)第28天和(f)所有孵育時(shí)間土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。
圖7.基于(a) Tax4Fun函數(shù)預(yù)測(cè)的氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑應(yīng)用對(duì)土壤細(xì)菌群落功能相對(duì)豐度和基于(b) FUNGuild函數(shù)預(yù)測(cè)的土壤真菌群落功能相對(duì)豐度的影響。CK，空白對(duì)照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖上不同的小寫(xiě)字母表示四種不同處理之間的顯著差異。
圖8.Pearson相關(guān)分析揭示了土壤N
2O排放率與理化性質(zhì)、酶活性、細(xì)菌和真菌群落之間的關(guān)系。藍(lán)色實(shí)線表示正相關(guān)，橘紅色實(shí)線表示負(fù)相關(guān)。
圖9.通徑分析評(píng)價(jià)了土壤理化性質(zhì)、酶活性、氮轉(zhuǎn)化速率、細(xì)菌和真菌群落以及土壤N
2O排放速率之間的直接和間接聯(lián)系。實(shí)線表示正相關(guān)，虛線表示負(fù)相關(guān)。* P < 0.05， ** P < 0.01， *** P < 0.001。
相關(guān)研究成果由湖南農(nóng)業(yè)大學(xué)
Manyun Zhang課題組2024年發(fā)表在
Journal of Agricultural and Food Chemistry (鏈接：https://doi.org/10.1021/acs.jafc.4c04761)上。原文：Dicyandiamide Applications Mitigate the Destructive Effects of Graphene Oxide on Microbial Activity, Diversity, and Composition and Nitrous Oxide Emission in Agricultural Soi
轉(zhuǎn)自《石墨烯研究》公眾號(hào)
