氧化石墨烯的廣泛生產(chǎn)和利用引起了人們對其環(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，特別是通過雙氰胺(DCD)等硝化抑制劑，可以通過N生物刺激減輕氧化石墨烯暴露對土壤微生物的負面影響。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菌16S rRNA基因豐度和主要細菌門的生物量。它還刺激了與人類疾病相關(guān)的通路。然而，DCD的施用減輕了氧化石墨烯暴露對土壤細菌生物量的負面影響。施用DCD顯著降低了土壤N
2O排放，而GO的施用往往會阻礙DCD的抑制作用。本研究結(jié)果強調(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土壤N
2O排放速率的影響CK，空白對照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫字母表示相同孵育時間的4個不同處理間差異顯著，大寫字母表示相同孵育時間的2個處理間差異顯著(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;(j)多功能性。CK，空白對照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫字母表示相同孵育時間的4個不同處理間差異顯著，大寫字母表示相同孵育時間的2個處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖3. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑對(a) ACE和(b) Chao1豐富度估價值的影響(c)細菌群落Shannon指數(shù)和(d) Simpson指數(shù);(e) ACE和(f) Chao1豐富度估計器;(g) Shannon和(h) Simpson真菌群落指數(shù)。CK，空白對照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;
GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫字母表示相同孵育時間的4個不同處理間差異顯著，大寫字母表示相同孵育時間的2個處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖4. (a)土壤細菌門的相對豐度(相對豐度>1%)，(b) 16S rRNA基因豐度和不同門的土壤細菌群落(c)變形菌門，(d)放線菌門，(e)綠藻門，(f)厚壁菌門，(g)酸桿菌門，(h)粘球菌門，(i)擬桿菌門，(j)藍藻門，(k) Patescibacteria， (l) Gemmatinonadota。CK，空白對照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫字母表示相同孵育時間的4個不同處理間差異顯著，大寫字母表示相同孵育時間的2個處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖5. (a)土壤真菌門類的相對豐度(相對豐度>1%)，(b)真菌ITS豐度和(c)子囊菌科、(d)擔子菌科、(e)壺菌科、(f)腐肉菌科不同門類的絕對豐度。CK，空白對照;DCA、DCD應(yīng)用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD應(yīng)用。圖中不同小寫字母表示相同孵育時間的4個不同處理間差異顯著，大寫字母表示相同孵育時間的2個處理間差異顯著(P = 0.05)。
圖6. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑施用對(a)第14天、(b)第28天和(c)所有孵育時間土壤細菌群落結(jié)構(gòu)的影響，以及(d)第14天、(e)第28天和(f)所有孵育時間土壤真菌群落結(jié)構(gòu)的影響。CK，空白對照;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)測的氧化石墨烯暴露和硝化抑制劑應(yīng)用對土壤細菌群落功能相對豐度和基于(b) FUNGuild函數(shù)預(yù)測的土壤真菌群落功能相對豐度的影響。CK，空白對照;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、細菌和真菌群落之間的關(guān)系。藍色實線表示正相關(guān)，橘紅色實線表示負相關(guān)。
圖9.通徑分析評價了土壤理化性質(zhì)、酶活性、氮轉(zhuǎn)化速率、細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。實線表示正相關(guān)，虛線表示負相關(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
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
