近日，由中國(guó)科學(xué)院亞熱帶農(nóng)業(yè)生態(tài)研究所研究員吳金水領(lǐng)銜的農(nóng)業(yè)生態(tài)過程研究團(tuán)隊(duì)，在土壤生物地球化學(xué)界面形成過程的研究中，取得新的方法學(xué)進(jìn)展。

　　土壤被形象地稱為地球的皮膚，也是地球上最復(fù)雜的生物物理材料。在土壤微結(jié)構(gòu)中，土壤顆粒表面的生物地球化學(xué)過程控制著污染物和營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝過程，是土壤生態(tài)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)因素。然而，基于物理分離和化學(xué)提取的傳統(tǒng)均一化土壤研究方法，無(wú)法深入對(duì)微環(huán)境中微生物和土壤界面動(dòng)態(tài)相互作用過程進(jìn)行可控的、細(xì)致的觀察和研究，致使人們對(duì)生物地球化學(xué)元素循環(huán)（如有機(jī)碳循環(huán)）的物理、化學(xué)和生物學(xué)耦合過程的認(rèn)識(shí)缺乏共識(shí)。如何以過程為導(dǎo)向探究生物地球化學(xué)界面的形成和功能是當(dāng)前土壤學(xué)科學(xué)研究中的一個(gè)重要挑戰(zhàn)。

　　該團(tuán)隊(duì)博士生黃習(xí)知與華中科技大學(xué)博士生李一偉合作，在研究員吳金水和教授劉筆鋒的共同指導(dǎo)下，對(duì)土壤微界面過程進(jìn)行探索：采用濕潤(rùn)性圖案化微流控芯片技術(shù)構(gòu)建了800微米的親水微陣列，并將新鮮的土壤懸濁液涂抹到親水點(diǎn)陣中；待水分蒸發(fā)后，土壤自主形成結(jié)構(gòu)均一的土壤微顆粒點(diǎn)陣（SoilChip），隨后采用原始土壤提取的含可溶性土壤有機(jī)質(zhì)對(duì)其進(jìn)行培養(yǎng)；通過21天的培養(yǎng)試驗(yàn)比較性質(zhì)顯著差異的旱地黑土（Mollisol）和紅壤水稻田（Oxisol）的生物地球化學(xué)界面形成過程。掃描電鏡能譜結(jié)果顯示不同土壤微界面上的微生物群落結(jié)構(gòu)特征（個(gè)體形貌、大小和數(shù)量）有顯著的差異；同時(shí)，結(jié)合X-射線光電子能譜（XPS），定量了微界面上的主要元素（O, Si, Al, Fe, Ca, Mg, C, N）的動(dòng)態(tài)過程，結(jié)果表明，不同土壤之間的元素之間動(dòng)態(tài)差異巨大。基于微生物特征和元素動(dòng)態(tài)特征的比較，對(duì)兩種土壤生物地球化學(xué)界面的形成過程進(jìn)行了初步的討論，發(fā)現(xiàn)水分含量、微生物參與的有機(jī)物轉(zhuǎn)化過程和礦物組成共同決定了土壤生物地球化學(xué)界面的特異性。

區(qū)別于傳統(tǒng)的基于提取的研究方法，該研究首次提出了一個(gè)可控、動(dòng)態(tài)而直接的土壤微界面研究方法，同時(shí)也可以和豐富的表面表征技術(shù)相結(jié)合，為研究土壤微生態(tài)過程提供了重要的方法和模型。該研究近期以SoilChip-XPS integrated technique to study formation of soil biogeochemical interface為題，發(fā)表在Soil Biology and Biochemistry上。該研究得到了國(guó)家自然科學(xué)基金委、中科院戰(zhàn)略先導(dǎo)專項(xiàng)項(xiàng)目和中科院亞熱帶生態(tài)所青年創(chuàng)新團(tuán)隊(duì)等項(xiàng)目的資助。

論文鏈接：

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0038071717305035

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