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本文通过田间试验，利用热解气相色谱 - 质谱联用技术（py-GC/MS）和扩增子测序、高通量qPCR等方法，研究了不同生物炭处理对水稻土土壤有机质（SOM）分子组成、细菌群落及碳循环功能基因的影响。结果表明，生物炭增加了 SOM 分子多样性，改变了其组成，使木质素衍生产品增多、脂质减少；同时改变了细菌群落结构，提高了富营养型细菌比例和核糖体 RNA 操纵子拷贝数；SOM 分子组成与细菌群落及碳循环功能基因显著相关，生物炭还增强了 SOM 分子网络复杂性。这说明生物炭可通过微生物介导过程重塑 SOM 分子组成，对生态系统功能和可持续农业生产有潜在意义。

图文导读

不同类型生物炭对SOM分子组成的影响

通过丰富度指数（richness index）和香农指数（Shannon index）评估SOM分子组成的α多样性（图1a、1b）。与仅施化肥（NPK）处理相比，生物炭的添加显著提高了SOM分子丰富度和香农指数。三种生物炭处理中，稻秆生物炭（RSB）处理的分子丰富度最高，其次是易腐废弃物生物炭（PWB）和猪粪生物炭（PMB），但香农指数无显著差异。主坐标分析（PCoA）显示，不同处理的SOM分子组成差异显著（ADONIS检验，R2=0.77R2=0.77，p<0.001p<0.001；图1c）。生物炭处理后土壤中分子组分的相对丰度变化如下（图1d）：脂类（Lipids）26.1 ± 1.8%；芳香化合物（Aromatic compounds）19.5 ± 0.8%；木质素衍生物（Lignin-derived products）10.4 ± 1.3%；氮化合物（Nitrogen compounds）12.8 ± 2.8%；多糖（Polysaccharides）12.2 ± 0.8%。

与NPK处理相比，生物炭显著增加了木质素衍生物和多环芳烃（PAHs）的相对丰度，但降低了芳香化合物和脂类的丰度。PWB处理显著提高了含氮化合物和多糖的丰度，而PMB处理的含氮化合物丰度最高。

生物炭对土壤细菌群落及碳循环功能基因的影响

细菌群落结构：生物炭改变了细菌群落的组成（图2a）。变形菌门（Proteobacteria，33.52–36.38%）为优势菌群，其次是绿弯菌门（Chloroflexi，20.81–24.78%）和酸杆菌门（Acidobacteria，16.65–18.58%）。生物炭提高了拟杆菌门（Bacteroidetes）和变形菌门的相对丰度，但降低了绿弯菌门的丰度。

微生物生活史策略：生物炭显著提高了富营养型细菌（copiotrophs）的比例（图2b）及富营养型/寡营养型细菌比（copiotroph/oligotroph ratio）（图2c）。此外，生物炭增加了细菌的核糖体RNA操纵子拷贝数（rm copy number）（图2d），表明微生物代谢活性增强。

碳循环功能基因：生物炭降低了纤维素和果胶降解基因的丰度（图3c），但对碳固定基因（C-fixation genes）和碳降解基因（C-degradation genes）的总体丰度无显著影响（图3a、3b）。

SOM分子组成与细菌群落及碳循环功能基因的关联

Procrustes分析显示，SOM分子组成与细菌群落（M2=0.1357M2=0.1357，p=0.001p=0.001）及碳循环功能基因（M2=0.1346M2=0.1346，p=0.001p=0.001）显著相关（图4a、4b）。

Mantel检验表明：

多环芳烃（PAHs）与木质素降解基因（如gkx、mnp）呈负相关（p<0.05p<0.05；图5a）。

木质素衍生物与寡营养型绿弯菌门（Chloroflexi）负相关，而芳香化合物与绿弯菌门正相关（图5c）。

生物炭对SOM分子共现网络的影响

生物炭增强了SOM分子共现网络的复杂性（图6），表现为节点数（nodes）、边数（edges）和平均度数（average degree）的增加。木质素衍生物与网络复杂度呈正相关，而脂类和芳香化合物与平均度数负相关（图6c）。这表明生物炭通过促进木质素衍生物的积累，驱动了SOM分子网络的复杂化。

小结

生物炭通过直接输入有机分子（如木质素衍生物）和调控微生物群落，提高了SOM分子多样性及网络复杂性。

富营养型细菌（如变形菌门）的增殖加速了易分解有机质的代谢，而寡营养型细菌（如绿弯菌门）的减少可能与木质素衍生物的抑制效应相关。

SOM分子组成与微生物功能基因（如碳降解基因）的关联揭示了生物炭通过微生物介导过程重塑土壤碳循环的机制。

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