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2021
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论文ID：英文名：Organo–organic and organo–mineral interfaces in soil at the nanometer scale译名：纳米尺度下土壤有机-有机和有机-矿物界面期刊：Nature communicationsIF: 14.919发表时间：2020.11.30第一作者：Angela R. Possinger通讯作者：Johannes Lehmann主要单位: 康奈尔大学摘要：土壤碳（C）库的能力大小是由有机质和矿物相之间的相互作用介导的。然而，以往研究提出的有机质在团聚体有机矿物微结构内的层状积累尚未得到必要的纳米尺度空间分辨率的直接可视化证据。与以往研究报道的C官能团有序梯度不同，本研究识别了无序的微米大小的有机相。利用低温电子显微镜和电子能量损失光谱（EELS），我们比较了有机-有机界面和有机-矿物界面的差别。在有机界面上检测到个位纳米尺度的C形成层，显示烷基C和氮（N）富集（分别为4和7%）。在有机-矿物界面，N和氧化C的富集率分别为88%（72 ~92%）和33%（16 ~53%），显示出与有机-有机界面不同的稳定过程。然而，两种界面类型的N富集表明，富N残基促进更高的SOC吸存。研究背景：土壤有机碳(SOC)在全球碳循环中是一个关键的储层，这强调了理解土壤有机质(SOM)持久性的过程的重要性，从全球（如气候）到非常精细的尺度（如有机矿物表面相互作用）。提高对土壤有机质持久性驱动因素认识，包括土壤有机质保护机制，有助于更好地预测全球环境变化下土壤碳库的变化。SOM和矿物相的相互作用导致较低的微生物可达性和可分解性，这被认为是SOM稳定的主要过程。在土壤微团聚体和孔隙结构尺度上，土壤有机质、土壤物理结构和微生物分布的空间和化学异质性得到了较好的研究（图1a）。与微团聚尺度的异质性相比，微米级有机矿物组合的SOM成像和光谱显示SOM具有不同的组分构成，相对均匀、有序的层，且在更小的微米空间尺度上，OM组成与矿物表面的距离有明显的关系（图1b）。以前使用的成像和光谱技术的分辨率（30~50 nm）可能过于粗糙，无法分辨或描述嵌入有机矿物组合中的OM组分之间的界面（图1b）。在相关纳米尺度上，自然土壤样品有机-有机和有机-矿物界面化学组成还没有被直接可视化或描述。SOM与半结晶活性铁（Fe）和铝（Al）矿物表面之间的关联被认为有助于在广泛变化的土壤类型中长期保持和积累SOM。铁铝矿物有机复合体的形成与活性铁铝与氧化官能团和含氮生物分子的优先反应有关。然而，考虑到OM分布的亚微米空间尺度及其化...