文獻(xiàn)導(dǎo)讀

近日，中國(guó)科學(xué)院南京地理與湖泊研究所趙國(guó)強(qiáng)及合作者在國(guó)際期刊《Nature》子刊《Nature Communications》（影響因子14.7）上發(fā)表重要研究成果，研究團(tuán)隊(duì)利用薄膜擴(kuò)散梯度技術(shù)（DGT/DET）、電化學(xué)表征和同步輻射等先進(jìn)技術(shù)，系統(tǒng)揭示了水生植物根系晝夜節(jié)律性泌氧如何激活土壤中熱力學(xué)穩(wěn)定態(tài)鐵礦物，進(jìn)而促進(jìn)磷的釋放與植物吸收的關(guān)鍵過(guò)程與機(jī)制。

研究亮點(diǎn)

1. 機(jī)制創(chuàng)新：發(fā)現(xiàn)ROL通過(guò)晝夜氧化-還原循環(huán)(晝間氧化Fe²⁺→Fe³⁺，夜間還原Fe³⁺→Fe²⁺)誘導(dǎo)鐵礦物動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)化，形成RMPS(如水鐵礦)，其電子交換容量(EEC)達(dá)3.2 mmol e^-/g，是根際土壤的1.6倍。

2. 技術(shù)突破：研究團(tuán)隊(duì)基于 DGT 技術(shù)原理構(gòu)建擴(kuò)散凝膠膜成像系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)根際土壤和沉積物中活性磷和可溶性鐵分布的可視化監(jiān)測(cè)。同時(shí)，將DGT與激光剝蝕-電感耦合等離子體質(zhì)譜（LA-ICPMS）聯(lián)用，精準(zhǔn)捕捉鐵斑中鐵、磷元素的動(dòng)態(tài)變化。數(shù)據(jù)顯示，植物根系在晝夜交替中，通過(guò)徑向氧損失（ROL）驅(qū)動(dòng)鐵、磷元素呈現(xiàn)同步波動(dòng)：白天光照下，根際土壤和沉積物可溶性 Fe (II) 濃度升高；夜間缺氧時(shí)，F(xiàn)e (II) 快速釋放至孔隙水。這一發(fā)現(xiàn)不僅完善了學(xué)界對(duì)植物 - 土壤元素交互機(jī)制的認(rèn)知空白，更凸顯了 DGT 技術(shù)在微觀環(huán)境過(guò)程研究中的優(yōu)勢(shì)。

3. 應(yīng)用潛力：提出通過(guò)調(diào)控稻田干濕交替灌溉增強(qiáng)氧化還原波動(dòng)，激活土壤遺留磷庫(kù)，減少磷肥依賴。

4. 全球意義：量化ROL激活的磷釋放量(0.2 Mt/年)，相當(dāng)于全球稻田磷肥投入量的8.7%(2.3 Mt/年)，年經(jīng)濟(jì)價(jià)值達(dá)5.2億美元，其中印度(0.15億)和中國(guó)(0.08億)受益最大。

結(jié)論 

研究人員發(fā)現(xiàn)，在水生植物根際區(qū)域普遍存在但此前被忽視的晝夜節(jié)律性ROL誘導(dǎo)的氧化還原波動(dòng)，可激活熱力學(xué)穩(wěn)定的鐵礦物，從而顯著提升磷的生物可利用性。ROL引發(fā)的周期性氧化還原過(guò)程促使根際周圍形成高度氧化還原活性RMPs，可在晝夜交替的氧環(huán)境中高效地將土壤中的可用磷轉(zhuǎn)運(yùn)至根際孔隙水中。在頻繁發(fā)生氧化還原波動(dòng)的區(qū)域，如湖泊-流域消落帶、水稻田、海岸帶、地下水潛水層等，可能是RMPs的形成的活躍地帶，成為磷活化的重要熱區(qū)。

產(chǎn)學(xué)研合作

今后，智感環(huán)境將積極把握契機(jī)，繼續(xù)深化與高校院所的產(chǎn)學(xué)研合作，在保持產(chǎn)品核心性能優(yōu)勢(shì)的基礎(chǔ)上，針對(duì)科研機(jī)構(gòu)、環(huán)保企業(yè)等不同用戶需求，提供定制化技術(shù)解決方案。無(wú)論是復(fù)雜環(huán)境下的長(zhǎng)期生態(tài)監(jiān)測(cè)，還是突發(fā)性污染事件的應(yīng)急響應(yīng)，智感環(huán)境都將以成熟的產(chǎn)品體系與專業(yè)技術(shù)服務(wù)，推動(dòng) DGT 技術(shù)在更多應(yīng)用場(chǎng)景中落地生根，為環(huán)境治理與科研創(chuàng)新注入源源不斷的動(dòng)力。