​湖南农业大学–双氰胺的应用减轻了氧化石墨烯对农业土壤中微生物活性、多样性、组成和氧化亚氮排放的破坏性影响

氧化石墨烯的广泛生产和利用引起了人们对其环境释放和潜在生态影响的关注，特别是在农业土壤中。有效的氮(N)管理，特别是通过双氰胺(DCD)等硝化抑制剂，可以通过N生物刺激减轻氧化石墨烯暴露对土壤微生物的负面影响。本研究量化了氧化石墨烯和DCD处理后土壤理化性质、氧化亚氮排放、微生物活性、生物量和群落的变化。氧化石墨烯暴露显著降低了细菌16S rRNA基因丰度和主要细菌门的生物量。它还刺激了与人类疾病相关的通路。然而，DCD的施用减轻了氧化石墨烯暴露对土壤细菌生物量的负面影响。施用DCD显著降低了土壤N₂O排放，而GO的施用往往会阻碍DCD的抑制作用。本研究结果强调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潜在缓解策略。

图1. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制剂对土壤N₂O排放速率的影响CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。图中不同小写字母表示相同孵育时间的4个不同处理间差异显著，大写字母表示相同孵育时间的2个处理间差异显著(P = 0.05)。

图2. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制剂对土壤(a) β-葡萄糖苷酶、(b)几丁质酶、(c)脲酶、(d)酸性磷酸酶和(e)芳基硫酸酯酶活性的影响;(f)净氮矿化，(g)潜在硝化作用，(h)潜在反硝化速率;(i)电子传递系统活动;(j)多功能性。CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。图中不同小写字母表示相同孵育时间的4个不同处理间差异显著，大写字母表示相同孵育时间的2个处理间差异显著(P = 0.05)。

图3. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制剂对(a) ACE和(b) Chao1丰富度估价值的影响(c)细菌群落Shannon指数和(d) Simpson指数;(e) ACE和(f) Chao1丰富度估计器;(g) Shannon和(h) Simpson真菌群落指数。CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;   GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。图中不同小写字母表示相同孵育时间的4个不同处理间差异显著，大写字母表示相同孵育时间的2个处理间差异显著(P = 0.05)。

图4. (a)土壤细菌门的相对丰度(相对丰度>1%)，(b) 16S rRNA基因丰度和不同门的土壤细菌群落(c)变形菌门，(d)放线菌门，(e)绿藻门，(f)厚壁菌门，(g)酸杆菌门，(h)粘球菌门，(i)拟杆菌门，(j)蓝藻门，(k) Patescibacteria， (l) Gemmatinonadota。CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。图中不同小写字母表示相同孵育时间的4个不同处理间差异显著，大写字母表示相同孵育时间的2个处理间差异显著(P = 0.05)。

图5. (a)土壤真菌门类的相对丰度(相对丰度>1%)，(b)真菌ITS丰度和(c)子囊菌科、(d)担子菌科、(e)壶菌科、(f)腐肉菌科不同门类的绝对丰度。CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。图中不同小写字母表示相同孵育时间的4个不同处理间差异显著，大写字母表示相同孵育时间的2个处理间差异显著(P = 0.05)。

图6. 氧化石墨烯暴露和硝化抑制剂施用对(a)第14天、(b)第28天和(c)所有孵育时间土壤细菌群落结构的影响，以及(d)第14天、(e)第28天和(f)所有孵育时间土壤真菌群落结构的影响。CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。

图7.基于(a) Tax4Fun函数预测的氧化石墨烯暴露和硝化抑制剂应用对土壤细菌群落功能相对丰度和基于(b) FUNGuild函数预测的土壤真菌群落功能相对丰度的影响。CK，空白对照;DCA、DCD应用;GOA，氧化石墨烯暴露;GODCA、氧化石墨烯+ DCD应用。图上不同的小写字母表示四种不同处理之间的显著差异。

图8.Pearson相关分析揭示了土壤N₂O排放率与理化性质、酶活性、细菌和真菌群落之间的关系。蓝色实线表示正相关，橘红色实线表示负相关。

图9.通径分析评价了土壤理化性质、酶活性、氮转化速率、细菌和真菌群落以及土壤N₂O排放速率之间的直接和间接联系。实线表示正相关，虚线表示负相关。* P < 0.05， ** P < 0.01， *** P < 0.001。

相关研究成果由湖南农业大学Manyun Zhang课题组2024年发表在Journal of Agricultural and Food Chemistry (链接：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