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水保所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室3項成果登上國際權威期刊
2019-04-08| 信息來源:重點室 | 【 【打印】【關閉】

  近日,水土保持研究所黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室3項成果登上國際權威期刊。 

  1. 豆科植物調節草地氮循環研究取得新進展。

  魏孝榮研究員與美國明尼蘇達大學Reich教授、Hobbie教授合作,依托生物多樣性和全球變化多因子長期試驗平臺,研究發現豆科植物對氮素礦化速率和硝態氮含量的促進作用隨物種豐度(SR)的增加而增加:豆科植物在物種豐度較低時可使礦化速率和硝態氮分別增加185%和129%,在物種豐度較高時可使其增加349%和505%;而且豆科植物對氮循環的影響顯著大于模擬氮沉降的影響。這些結果表明,在植物多樣性較高、氮素限制或者競爭較大的情況下,豆科植物對氮素礦化的促進作用較強。因此,在氮循環對全球變化因子響應的升尺度預測研究中,需要考慮豆科的作用。這一研究結果對草地生態系統適應性管理具有重要意義。

  該研究結果近日在線發表在生態學頂級期刊Global Change Biology雜志(Wei XR, Reich PB, Hobbie SE. 2019. Legumes regulate grassland soil N cycling and its response to variation in species diversity and N supply but not CO2.Global Change Biologydoi.org/10.1111/gcb.14636)(中國科學院1區,IF=8.997)。

  相關鏈接:https://onlinelibrary.wiley.com/doi/abs/10.1111/gcb.14636 

  2. 土壤活性有機酸組分與重金屬相互作用研究取得新進展。

  我國土壤重金屬污染嚴重,重金屬化學形態決定其在土壤環境中的有效性和生物毒性,獲取準確的土壤固-液體系重金屬形態分布對土地利用規劃、肥料綜合管理、以及環境風險評估和土壤重金屬閾值至關重要。腐殖酸作為土壤中最重要的活性組分之一,與重金屬的相互作用已被廣泛研究,但由于其結構復雜、官能團的異質性,重金屬與腐殖酸的配位結構、結合常數等仍存在爭議。黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室土壤污染與修復研究團隊采用等溫滴定量熱(ITC)和X射線吸收精細光譜(XAFS)等技術,結合非理想競爭吸附(NICA)模型計算,明確了銅與腐殖酸不同類型官能團結合的熱力學參數、作用機制、及其絡合物穩定性的差異,揭示了Cu主要與羧基形成雙齒配位絡合物吸附在腐殖酸上(圖1)。本研究結果可更好地預測重金屬離子在土壤中的化學形態,為土壤重金屬環境標準、土壤修復、污染風險評估等提供參考。

  該研究成果以《Proton and copper binding to humic acids analyzed by XAFS spectroscopy and isothermal titration calorimetry》為題在線發表于環境科學與生態學領域頂級期刊Environmental Science & Technology(IF=6.653,中科院一區)上,博士研究生徐晉玲為第一作者,方臨川副研究員、譚文峰研究員為共同通訊作者。

  相關鏈接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.est.7b06281 

   

  圖1.Cu在胡敏酸不同官能團上吸附的熱力學特性及主要配位結構示意圖

  3.重金屬元素與土壤氧化物表面作用的地球化學行為模型解釋研究領域中取得重要進展。 

  水鈉錳礦是自然環境中一種常見層狀錳氧化物,被認為是重金屬的清道夫。它擁有內表面和外表面,可同時吸附重金屬。然而,目前對水鈉錳礦吸附重金屬的定量理解還較局限,僅僅使用了相對簡單的表面絡合模型,而忽視了水鈉錳礦表面活性位點分布的復雜性和低價錳離子對水鈉錳礦微結構的影響。黃土高原土壤侵蝕與旱地農業國家重點實驗室土壤污染與修復研究團隊通過對水鈉錳礦X射線衍射圖譜的全譜精修擬合,獲得其表面的吸附活性位點種類及其密度,利用電荷分布多位點絡合模型(CD-MUSIC)結合外表面的Stern-Gouy-Chapman擴散雙電層模型和內表面的Donnan模型,建立了水鈉錳礦表面的鉛吸附模型。通過模型計算證實,結構中錳離子空位對鉛的吸附貢獻占43.9%-54.7%,其中內表面的錳離子空位貢獻占主要地位(圖2)。本研究結果可更好的理解土壤中水鈉錳礦與鐵鋁氧化物的金屬離子吸附機理的差異,并且可為精確評估土壤中重金屬污染風險提供技術支持。

  該研究成果以《CD-MUSIC-EDL modeling of Pb2+ adsorption on birnessites: Role of vacant and edge sites》為題在線發表于環境科學與生態學領域頂級期刊Environmental Science & Technology(中國科學院1區,IF=6.653)。趙巍博士為第一作者,譚文峰教授為通訊作者。

  相關鏈接:https://pubs.acs.org.ccindex.cn/doi/abs/10.1021/acs.est.8b02644 

  圖2.重金屬元素與土壤氧化物表面作用的地球化學行為模型

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