生物矿化课题组在矿物保护和封存土壤有机质方面取得进展

时间:2020-01-08 来源: 国际新闻

原位原子力显微镜观察胡敏素在方解石(101 ?4)面吸附以及包埋的动力学过程

方解石(101?4)表面吸附和包埋动力学

南湖新闻网(记者张文军)资源与环境研究所生物矿化小组在土壤矿物固定和土壤有机质保护研究方面取得了进展。最新的研究结果发表在美国化学学会出版的《环境科学和技术》 (《EnvironmentalScience Technology》)上。论文的第一作者是博士生迟家林,通讯作者是王力军教授和张文军副教授。

土壤系统中的碳含量是其他生态系统的三倍以上,因此土壤碳循环可能在调节和稳定地球气候变化方面发挥重要作用。大量研究表明,土壤矿物质可以通过表面吸附和包埋机制保存土壤有机质。传统的研究主要集中在有机物在矿物表面的吸附,而对包埋的动力学过程和微观机理研究很少。在本研究中,通过时间分辨原位原子力显微镜选择了碱性土壤中的方解石矿物和三种典型腐殖质(腐殖酸、黄腐酸和胡敏)作为实验材料,原位揭示了吸附在方解石表面的腐殖质在液体环境中碳酸钙过饱和溶液中可以逐渐包裹在方解石中(图1)。

在碳酸钙过饱和溶液中,吸附的腐殖质聚集体在方解石(104)表面生长的螺旋移动台阶的作用下,通过嵌入、压缩和封闭空腔等连续动态过程,逐渐将腐殖质颗粒封闭在矿物内部。此外,高浓度植酸(10-100微米)可通过在台面边缘形成植酸钙沉淀来抑制包埋过程,防止台阶移动,而高浓度草酸(100微米)和低浓度植酸(≤ 1微米)不抑制包埋过程。这些原位研究结果揭示了土壤矿物质是如何嵌入和储存有机质的,从而延长了有机质的降解时间,为深入理解土壤有机质-矿物质相互作用和土壤固碳提供了微观机制线索。

以上研究得到国家自然科学基金、国家重点研究与发展计划和大学自主科技创新基金的支持。

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