土壤中镉离子与生物炭的交换作用（长期有机物输入下酸性土壤的铝-碳）

可溶性有机物（DOM）由一系列大小、结构不同可溶性有机物组成，是土壤中最为活跃的有机碳库。大量的研究表明，土壤大部分的溶解性金属元素可以与DOM络合，对重金属元素的溶解、吸附、迁移、转化及毒性等有着重要的作用。大量的研究表明长期有机物输入到土壤中能够增加土壤中DOM的含量及改善土壤铝（Al）毒，但是有机物输入下土壤DOM对于铝元素的溶解及转化的影响并不清楚。铝是土壤中最丰富的金属元素，土壤中的铝-碳（DOM）耦合研究将为地球元素耦合及全球碳、铝循环提供新的理论依据。

地科院张坚超博士与南京农业大学冉炜教授合作，对湖南祁阳长期定位试验站的强酸性农田土壤样品进行分析发现：长期有机物（猪粪）输入处理的土壤总Al含量显著低于普通化肥处理，然而其溶解态铝的含量却显著大于（5倍）化肥处理。进一步分析发现，长期有机物输入处理的溶解态铝以有机结合态铝为主（97%），而普通化肥处理则以无机单核铝为主（94%）。

通过运用三维荧光光谱-平行因子分析（EEM-PARAFAC）及傅里叶红外-二维相关光谱（FTIR-2D COS）的手段从分子尺度对土壤DOM与Al(III)的络合能力及结合过程进行分析。研究发现：单位DOM浓度下，长期有机物处理的土壤DOM具有更多的Al（III）结合位点，并且具有更高的络合系数（相当于络合能力）。

该研究表明有机物的输入除了能够增加DOM的含量，还能够增加单位浓度DOM的Al（III）络合能力，DOM与土壤铝有着较好的耦合作用。此外通过核磁共振波谱（NMR)的分析发现，长期农田土壤有机物输入能够促进聚合态铝（Al13）的形成。1991年《Science》上首次报道了森林腐殖质层中存在Al13，但至今仍然无法在其他自然环境中发现Al13的形成。本项研究的结果将会给自然环境Al13的研究提供重要的实验支撑。

该项研究成果发表于Journal of Soils and Sediments上，张坚超博士为该论文的第一作者。研究得到国家重点研究计划及国家自然基金委的经费支持。

论文链接：https://link.springer.com/article/10.1007/s11368-018-2118-9