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耕地质量保育创新团队揭示石灰性土壤中秸秆源有机碳酸钙复合体的微观结构及其有机碳固定的分子机制
发布者：管理员发布时间：2026-05-21作者：韩秉君来源：耕地质量保育团队点击量：
近日，中国农业科学院农业资源与农业区划研究所耕地质量保育创新团队利用同步辐射等技术，在分子水平上揭示了碳酸钙通过吸附和共沉淀作用形成秸秆源有机碳酸钙复合体的微观结构及其有机碳固定的微观机制。相关研究成果以“Physicochemical Properties, Molecular Structures, and Stability of Organo-Calcium Carbonate Complexes: The Critical Role of Carbon Sources, Formation Processes, and OC/Ca Ratios”为题，发表于中科院一区Top期刊《环境科学与技术（Environmental Science & Technology）》上。
石灰性土壤占地球陆地表面积的30%，其主要矿物碳酸钙对有机碳的固定至关重要。土壤中的有机质既可吸附于碳酸钙表面，也能与钙离子共沉淀形成有机碳酸钙复合体（OCC），深刻影响着石灰性土壤中有机碳的稳定性。然而，其微观作用机制尚不明确，有待进一步研究。
本研究以石灰性土壤中的主要活性矿物——碳酸钙为研究对象，在碱性条件下，采用吸附和共沉淀两种方式，利用小麦和玉米秸秆的溶解性有机质制备OCC，并综合运用XRD、ATR-FTIR、固体13C NMR和STXM-XANES等技术手段对其进行系统表征。研究从分子水平揭示了不同反应过程、有机质来源及碳钙比影响碳酸钙固定有机碳的微观机制。主要发现：（1）在相同的OC/Ca摩尔比下，吸附OCC比共沉淀OCC固定更多的有机碳（OC），但吸附OCC固定OC的稳定性比共沉淀低，容易解吸。（2）随OC/Ca比值升高，OCC中氧烷基碳减少，而羧基碳、芳香碳和烷基碳富集；在分子水平上，Ca2+主要与羧基碳配位，同时可与多糖相互作用，玉米秸秆源OCC倾向于形成“钙-多糖”或“钙-羧基碳-多糖”三元结构，而小麦秸秆源OCC则以“钙-羧基碳”结合为主。本研究从分子水平上阐明了华北地区石灰性土壤秸秆还田过程中，碳酸钙通过吸附和共沉淀驱动有机碳差异化固定的机制，为认识石灰性土壤中秸秆源有机碳周转提供了理论依据。
中国农业科学院农业资源与农业区划研究所博士生刘逸尘为第一作者，杨建军研究员为通讯作者。研究得到国家自然科学基金（42277024；42277327）、国家青年拔尖人才项目、国家现代农业产业体系岗位科学家项目（CARS-03）、中国农业科学院农业科技创新工程（2026-2030）以及中央级公益性科研院所基本科研业务费专项（No.Y2025YC83）等项目的共同资助。
【引文方式】：
Liu, Y.; Darma, A. I.; Wang, J.; Xia, X.; Sun, M.; Zhao, Y.; Pang, L.; Liu, J.; Yang, J. Physicochemical Properties, Molecular Structures, and Stability of Organo-Calcium Carbonate Complexes: The Critical Role of Carbon Sources, Formation Processes, and OC/Ca Ratios. Environ. Sci. Technol. 2026.
【原文链接】：https://pubs.acs.org/doi/full/10.1021/acs.est.5c12270
