易坊好文馆

  1. 首页 > 健康养生 >

科研 | SBB：大比表面积的生物炭通过刺激N2O还原微生物的生长从而降低N2O的排放（国人佳作）


编译：微科盟温水 ， 编辑：微科盟木木夕、江舜尧 。
微科盟原创微文 ， 欢迎转发转载 。
导读在生物炭上定殖的细菌和古菌具有氮代谢能力 。 比表面积（SSA）较大的生物炭可能会提高氧化亚氮（N2O的排放 ， 但其中机理目前尚不清楚 。 为此 ， 我们自制了不同SSA的生物炭 ， 利用16S与nosZ基因的高通量测序（High-throughput Sequencing）技术、氮循环功能基因的qPCR技术并结合荧光原位杂交（FISH）技术 ， 开展了为期56天的培养实验 。 研究包括5个处理：不添加、只添加尿素、添加尿素与3种不同SSA的生物炭（SSA分别为1193、2023和2773 mg-1） 。 结果表明 ， 2023 mg-1以内）而增加 ， 当SSA>2023 m2g-1 ， 与只添加尿素相比 ， 添加生物炭降低了37%的排放 。 SSA最大的生物炭提高了土壤pH、NH-N、NO-N、C/N比和阳离子交换量 ， 进而影响细菌多样性、丰度、群落组成、以及排放 。 生物炭SSA越大 ， 氮循环相关功能基因越高 ， 包括固氮基因（nifH）、硝化基因（amoA）和反硝化基因（nirK、nirS、和nosZ） 。 SSA较小的生物炭提高了氨氧化细菌（AOB）和氨氧化古菌（AOA）的数量 ， 导致土壤O的排放增加 。 另外 ， 添加最大SSA的生物炭后 ， nosZ丰度增加 ， nosZ/(nirK+nirS+amoA)增大 ， 导致土壤的排放减少 。 生物炭中与土壤中的nifH、amoA、nirK和nosZ呈正相关关系 。 我们的研究得出 ， SSA较大的生物炭通过刺激N2O排放 ， 因此 ， 在农业中应用生物炭时应将生物炭的相对SSA纳入考虑因素 。论文ID
原名：Biochar with large specific surface area recruits N2译名：大比表面积的生物炭通过刺激N2O还原微生物的生长从而降低N2期刊：Soil Biology and Biochemistry
IF：5.795发表时间：2021.03.13
通讯作者单位：湖南农业大学资源环境学院实验设计

科研 | SBB：大比表面积的生物炭通过刺激N2O还原微生物的生长从而降低N2O的排放（国人佳作）
本文插图


结果
本研究生物炭的主要理化性质如表S2所示 。 B1 ， B2和B3中灰分物质、元素（C、H和O）和养分（N、P和K）含量相似 。 扫描电镜图片显示 ， B3比B2和B1有更丰富的多孔结构（红色箭头处 ， 图1a） 。 生物炭的比表面积（SSA）、总孔体积（VT）和总孔直径（Dp）排序为：B3> B2> B1（图1b-c） 。
科研 | SBB：大比表面积的生物炭通过刺激N2O还原微生物的生长从而降低N2O的排放（国人佳作）
本文插图


图1. 不同生物炭（生物炭1：B1 ， 生物炭2：B2和生物炭3：B3）的扫描电镜图（SEM）（a）、比表面积（b）、总孔体积（c）和总孔径（d） 。 （a）中的红色箭头表示生物炭的多孔结构 ， 其可作为微生物的潜在栖息地 。2. 氧化亚氮的排放 22O排放分别提快两天和四天 ， 其次是SSA最大的生物炭处理（B3）的土壤 。 N2O排放量与生物炭SSA呈负相关关系 ， 即B1处理（3055 μg N m?2·h?1）>B2处理（2272 μg N m?2·h?1）>+N处理（1788 μg N m?2·h?1）>B3处理（1068 μg N m?2·h?1） 。 56天培养结束后 ， 不添加尿素和生物炭处理的土壤中N22O累积排放量最高（578.7 mg m-2） ， 这是仅尿素处理土壤（+N）的1.6倍 。 另外 ， 与+N处理相比 ， 中等SSA的B2处理中N22
科研 | SBB：大比表面积的生物炭通过刺激N2O还原微生物的生长从而降低N2O的排放（国人佳作）
本文插图


图2. 在56天的培养过程中 ， 5个处理的N2O排放量的动态变化（a）、总累积量（b）,以及NH含量的变化 。 不同处理之间的统计学差异由小写字母表示（p<0.05） 。 Control表示不添加对照 ， +N表示仅添加尿素 ， NB1 ， NB2和NB3表示不同比表面积的生物炭与尿素的组合 。3. 土壤pH和无机氮 尿素和生物炭添加显著影响土壤 pH（图S1） 。 培养过程中（第3天除外） ， +N处理降低了土壤pH值 。 生物炭添加下 ， 土壤pH降低速度变缓 ， 但此时pH值仍高于不添加生物炭的+N和Control处理 。土壤NH-N含量随氮肥添加而增加 ， 但与Control相比 ， 其他处理在培养前14天呈明显下降的趋势 ， 随后达到相对稳定的水平（图2c） 。 相反 ， 与Control相比 ， 其他处理土壤中NO-N含量较高且在前14天呈明显增加且随后相对稳定的趋势（图2d） 。 培养第7天后 ， 生物炭SSA>2023 m的处理中NO和只添加尿素的处理 。 在培养的前14天内 ， 添加氮肥（尿素）的处理中NH44. 氮肥与生物炭添加对土壤细菌群落组成的影响 PCA分析表明不同处理的细菌群落组成存在显著差异（图3a） 。 PCA1轴和PCA2轴分别解释了OTU数据的62.5%和22.6% ， 累积解释率为85.1% 。 PCA1轴将未添加生物炭的Control和+N处理与添加生物炭的NB1~NB3处理的细菌群落分开 。 相比Control处理 ， +N与NB1~NB3处理中土壤细菌的α多样性（香农指数）较低（图3b） 。 然而 ， 最大SSA的NB3处理的Chao 1指数高于Control和+N处理（图3b） 。最丰富的细菌门分别是变形菌门（Proteobacteria）、 芽单胞菌门 （Gemmatimonadetes）、放线菌门（Actinobacteria）、酸杆菌门（Acidobacteria）、拟杆菌门（Bacteroidetes）、绿弯菌门（Chloroflexi）、厚壁菌门（Firmicutes）、疣微菌门（Verrucomicrobia）、浮霉菌门（Planctomycetes）和WPS-2菌门 ， 这些菌占土壤中所有细菌的91％以上（图3c） 。 生物炭添加增加了土壤中纤维杆菌门（Fibrobacteres）、芽单胞菌门（Gemmatimonadetes）、棒状杆菌门（Rokubacteria）、硝化螺旋菌门（Nitrospirae）、拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形杆菌门（Proteobacteria）的相对丰度（图S2） 。 ） 。 50%以上的细菌OTUs丰度因生物炭的添加而增大 ， 也有50%以上的细菌OTUs丰度在只添加尿素或零添加的处理中较高的 ， 尽管后者差异不显著（图3d） 。 CCA分析表明 ， 生物炭添加通过影响土壤化学性质如：土壤pH、NH43-N、C/N比和阳离子交换量进而影响细菌群落组成（图S3a） 。 同样 ， N2-N、C/N比和阳离子交换量显著相关（图S3b） 。

推荐阅读


上一篇：临床表现|脑梗总是来得太突然？身体其实早有预告，早知道早预防

下一篇：“90后”急诊科护士的工作日常