科研 | SBB：大比表面積的生物炭通過刺激N2O還原微生物的生長(zhǎng)從而降低N2O的排放（國(guó)人佳作）( 二 )

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圖3. 不同處理的細(xì)菌群落組成。基于16S-rRNA基因的細(xì)菌群落的主成分分析（PCA）（a）。細(xì)菌群落的α-多樣性指數(shù)（Chao1和Shannon）（b）。細(xì)菌門的相對(duì)豐度。 “Other”表示豐度低于0.9%的類群（c）。不同處理OTUs相對(duì)豐度的聚類分析熱圖（d）。標(biāo)尺的顏色對(duì)應(yīng)不同OTU的相對(duì)豐度。相對(duì)豐度以該樣本中某一分類的序列數(shù)除以所有序列的百分比計(jì)算。 Control表示不添加對(duì)照， +N表示僅添加尿素， NB1 ， NB2和NB3表示不同比表面積的生物炭與尿素的組合。5. 氮肥與生物炭添加對(duì)土壤硝化細(xì)菌群落組成的影響不同SSA的生物炭影響了土壤中含有amoA基因的古細(xì)菌（AOA）的群落組成，而含有amoA的細(xì)菌（AOB）的群落組成沒有顯著變化（圖S4）。僅添加尿素處理與生物炭處理的AOA群落明顯不同， PCA1軸將生物炭SSA>2023 m2?1處理與生物炭SSA<2023 m?1處理的AOA菌群落分開。但是，當(dāng)生物炭SSA<2023m2?1時(shí) ， PCA1和PCA2軸都不能成功區(qū)分AOA群落。6. 土壤與生物炭中nosZ功能菌的優(yōu)勢(shì)OTU 功能菌nosZ在僅添加尿素與添加生物炭的處理之間有顯著差異（圖4a）。 nosZ菌的主要OTU的相對(duì)豐度受不同SSA生物炭的影響（圖4b）。最大SSA生物炭添加的土壤處理具有最高OTU5相對(duì)豐度（圖4b）。利用熒光原位雜交技術(shù)（FISH）探尋OTU5在生物炭中的物理位置，我們發(fā)現(xiàn)OTU5豐度隨著生物炭SSA的增加而增加，并且其在最大SSA的生物炭中最為明顯（圖4c中的紅色區(qū)域）。

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圖4. 土壤中nosZ菌的群落組成及其在生物炭中的位置。土壤中nosZ細(xì)菌群落的主成分分析（PCA）（a）及該菌OTUs的相對(duì)豐度（b）。不同處理之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異由小寫字母表示（p<0.05）。 Control表示不添加對(duì)照， +N表示僅添加尿素， NB1 ， NB2和NB3表示不同比表面積的生物炭與尿素的組合。 FISH電鏡圖的紅色區(qū)域展示不同比表面積生物炭上的OTU5 ， Post-B1-3表示B1-3經(jīng)歷56天培養(yǎng)后的生物炭樣品（c）。7. 生物炭中的細(xì)菌群落組成培養(yǎng)56天后，我們從土壤中提取生物炭顆粒并通過16S-rRNA高通量測(cè)序研究其細(xì)菌群落（圖S5）。 PCA分析表明，不同SSA生物炭中的細(xì)菌群落組成顯著不同（圖S5a）。與土壤中類似，生物炭中最豐富的細(xì)菌門是變形菌門（Proteobacteria）、芽單胞菌門（Gemmatimonadetes）、放線菌門（Actinobacteria）、酸桿菌門（Acidobacteria）、擬桿菌門（Bacteroidetes）、綠彎菌門（Chloroflexi）、厚壁菌門（Firmicutes）、疣微菌門（Verrucomicrobia）、浮霉菌門（Planctomycetes）和WPS-2菌門（圖S5b）。的基因拷貝數(shù)來確定N2O還原菌的豐度（圖5a）。結(jié)果顯示，在前14天中，土壤nosZ的豐度隨生物炭SSA的增加而增加，并且在最大SSA生物炭處理的土壤中最高。我們進(jìn)一步計(jì)算了不同功能基因的比例以確定硝化和反硝化的主要功能基因。結(jié)果顯示，在培養(yǎng)第5天，最大SSA生物炭處理的土壤中nosZ/(AOA-amoA+AOB-amoA)、nosZ/(nirK+nirS)、nosZ/(nirK+nirS+AOA-amoA+AOB-amoA)的比值最高（圖5）。在第14天和第56天，最大SSA生物炭處理的土壤中AOA和AOB的amoA基因的豐度最高（圖S6）。在培養(yǎng)第7天后， nirK和nirS基因的豐度隨生物炭添加而增大（第35天和第56天的nirS基因豐度除外）（圖S6）。在整個(gè)培養(yǎng)期間（第14天除外），最大SSA生物炭處理的土壤中的nifH基因拷貝數(shù)最高（圖S6）。生物炭顆粒在培養(yǎng)56天后從土壤提取。 qPCR結(jié)果表明，不同生物炭中的氮循環(huán)功能基因有所不同（圖6）。隨著生物炭SSA的增加（2773 m2?1以內(nèi)），氮循環(huán)功能基因的數(shù)量增加（AOB-amoA基因除外）。

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圖5. 生物炭添加對(duì)nosZ豐度（a）、nosZ/(nirK+nirS)（b）、nosZ/(AOA-amoA+AOB-amoA)（c）和nosZ/(nirK+nirS+AOA-amoA+AOB-amoA)（d）的影響。誤差線代表標(biāo)準(zhǔn)誤差（n=3）。不同處理之間的統(tǒng)計(jì)學(xué)差異由小寫字母表示（p<0.05）。 Control表示不添加對(duì)照， +N表示僅添加尿素， NB1 ， NB2和NB3表示不同比表面積的生物炭與尿素的組合。

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