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

南湖新闻网讯（通讯员 张文君）资源与环境学院生物矿化团队在土壤矿物固定和保护土壤有机质的研究上取得进展，最新研究成果发表在美国化学会出版的《环境科学和技术》（《EnvironmentalScience & Technology》）上，论文第一作者为博士研究生迟家霖，通讯作者为王荔军教授和张文君副教授。

土壤系统中碳含量是其他生态系统的三倍以上，因此土壤碳循环在调节和稳定地球气候变化中可能起到至关重要的作用。大量研究显示土壤矿物可通过表面吸附和包埋机制保存土壤有机质。传统的研究主要关注于有机质在矿物表面的吸附，但对于包埋的动力学过程和微观机制却鲜有研究。本研究借助时间分辨的原位原子力显微镜，选择了碱性土壤中最为常见的方解石矿物以及三种典型腐殖质（腐殖酸、富里酸和胡敏素）作为实验材料，在液体环境下原位揭示了吸附到方解石表面的腐殖质可以在碳酸钙的过饱和溶液中逐渐被包裹进入方解石内部（图1）。

在碳酸钙的过饱和溶液中，吸附的腐殖质团聚体在方解石的(104)面上生长螺旋的移动台阶作用下，通过埋入，压缩和关闭空腔等连续的动力学过程，逐渐将腐殖质粒子封闭进入矿物内部。此外，高浓度植酸（10-100 μM）可通过在台缘上形成植酸钙沉淀，阻止台阶移动进而抑制包埋过程，而高浓度草酸（100 μM）和低浓度植酸（≤ 1 μM）均不抑制包埋过程。这些原位研究结果揭示了土壤矿物如何包埋和封存有机质，进而延长有机质被降解的时间，这为深入理解土壤有机物-矿物相互作用以及土壤碳固定提供微观机制性线索。

上述研究得到国家自然科学基金，国家重点研发计划和校自主科技创新基金的支持。

文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/acs.est.8b06807