成都山地所在成土過程中磷風化速率與機制方面取得進展

2020-12-01 中國科學院

　　磷（P）是植物生長必需的主要養分元素，對維護生態系統穩定具有不可替代的作用。與碳和氮主要來自大氣不同，自然生態系統中P的最終、唯一來源為含P礦物的風化。然而，先前的研究多側重於研究P生物有效性和形態轉化，缺乏對P風化速率的定量研究。中國科學院成都山地災害與環境研究所研究員吳豔宏帶領「山地生物地球化學」研究團隊利用貢嘎山冰川退縮跡地，定量評估了早期成土過程中原生礦物P的風化速率，揭示了控制P風化速率的關鍵機制。

　　研究發現，早期成土階段（0–120年），P風化速率隨成土年齡快速升高，風化速率的變化可用冪函數擬合（圖1）。在成土年齡小於60年的階段，P風化速率從2.6 mmol m-2 year-1增至8.7 mmol m-2 year-1，在成土年齡60–120年以針葉林為主的階段，P的平均風化速率增至26.0 mmol m-2 year-1。針葉林階段P的風化速率大於溫帶和亞熱帶年齡相近土壤的P風化速率，主要是由於貢嘎山土壤母質具有較多的含P礦物、適宜的水熱條件和快速發育的植被。成土年齡在百年至萬年的階段，P風化速率呈冪函數快速降低，可分為三個階段：小於260年，P風化速率大於10 mmol m-2 year-1；260–2200年，P風化速率介於1–10 mmol m-2 year-1之間；大於2200年，P風化速率降至1 mmol m-2 year-1以下（圖2）。貢嘎山冰川退縮區原生礦物P平均風化速率是全球風化「熱點區」的7倍，全球P釋放速率的47倍，表明氣候變暖已間接加速了高山地區的生物地球化學循環。

　　該研究不僅闡明了原生礦物P風化速率隨成土年齡的變化模式，補充了Walker & Syers概念模型對原生礦物P快速降低的描述，而且有助於準確評估陸地生態系統發育過程中磷供給量的動態變化。包含該研究在內，成都山地所「山地生物地球化學」研究團隊利用貢嘎山這一「天然實驗室」，已對山地生態系統P的風化釋放（來源）、形態轉化（過程）、植物和微生物的作用（機理）和流失（去向）等方面開展了較為系統的研究。

　　該研究得到了國家自然科學基金（41630751、41401253）和成都山地所一三五重點培育方向項目（SDS-135-1702）的資助，研究成果已發表在European Journal of Soil Science上。

　　文章連結 

 

圖1 成土早期（0—120年）P風化速率隨成土年齡快速升高 

 

圖2 成土年齡100—12000年P風化速率隨成土年齡快速降低 

　　磷（P）是植物生長必需的主要養分元素，對維護生態系統穩定具有不可替代的作用。與碳和氮主要來自大氣不同，自然生態系統中P的最終、唯一來源為含P礦物的風化。然而，先前的研究多側重於研究P生物有效性和形態轉化，缺乏對P風化速率的定量研究。中國科學院成都山地災害與環境研究所研究員吳豔宏帶領「山地生物地球化學」研究團隊利用貢嘎山冰川退縮跡地，定量評估了早期成土過程中原生礦物P的風化速率，揭示了控制P風化速率的關鍵機制。
　　研究發現，早期成土階段（0–120年），P風化速率隨成土年齡快速升高，風化速率的變化可用冪函數擬合（圖1）。在成土年齡小於60年的階段，P風化速率從2.6 mmol m-2 year-1增至8.7 mmol m-2 year-1，在成土年齡60–120年以針葉林為主的階段，P的平均風化速率增至26.0 mmol m-2 year-1。針葉林階段P的風化速率大於溫帶和亞熱帶年齡相近土壤的P風化速率，主要是由於貢嘎山土壤母質具有較多的含P礦物、適宜的水熱條件和快速發育的植被。成土年齡在百年至萬年的階段，P風化速率呈冪函數快速降低，可分為三個階段：小於260年，P風化速率大於10 mmol m-2 year-1；260–2200年，P風化速率介於1–10 mmol m-2 year-1之間；大於2200年，P風化速率降至1 mmol m-2 year-1以下（圖2）。貢嘎山冰川退縮區原生礦物P平均風化速率是全球風化「熱點區」的7倍，全球P釋放速率的47倍，表明氣候變暖已間接加速了高山地區的生物地球化學循環。
　　該研究不僅闡明了原生礦物P風化速率隨成土年齡的變化模式，補充了Walker & Syers概念模型對原生礦物P快速降低的描述，而且有助於準確評估陸地生態系統發育過程中磷供給量的動態變化。包含該研究在內，成都山地所「山地生物地球化學」研究團隊利用貢嘎山這一「天然實驗室」，已對山地生態系統P的風化釋放（來源）、形態轉化（過程）、植物和微生物的作用（機理）和流失（去向）等方面開展了較為系統的研究。
　　該研究得到了國家自然科學基金（41630751、41401253）和成都山地所一三五重點培育方向項目（SDS-135-1702）的資助，研究成果已發表在European Journal of Soil Science上。
　　文章連結 
 
圖1 成土早期（0—120年）P風化速率隨成土年齡快速升高 
 
圖2 成土年齡100—12000年P風化速率隨成土年齡快速降低 

相關焦點

  • 成都山地所揭示早期成土過程中土壤有機磷的形態轉化過程
    土壤中的有機磷以多種形態存在，不同形態有機磷的生物有效性差異較大，然而，成土早期土壤有機磷的形態組成、轉化及其與有效磷之間的關係仍不清楚。中國科學院成都山地災害與環境研究所山地生物地球化學團隊在前期土壤無機磷形態轉化機制研究的基礎上，基於貢嘎山海螺溝冰川退縮跡地土壤年代序列（0–125年），採用31-P核磁共振技術研究了成土早期表層礦質土壤中有機磷的形態組成及轉化過程。
  • 科學網—初步闡明成土早期土壤有機磷礦化機理
  • 成都山地所等在喜馬拉雅山入湖冰川-冰湖系統演化過程研究中獲進展
    入湖冰川冰舌往往流速較高，在一定程度上加速了冰川上遊冰體向下遊消融區的輸送速率，加速冰川物質虧損。此外，冰川接觸型冰磧湖擴張更快，並可能受到冰崩的擾動，潰決風險往往較高。近期，中國科學院水利部成都山地災害與環境研究所副研究員劉巧團隊聯合德國巴伐利亞科學院、雲南大學、湖南科技大學等，在喜馬拉雅山入湖冰川-冰湖系統中的冰-湖相互作用及其動態演化過程研究中取得進展。
  • 科研人員初步闡明成土早期土壤有機磷的礦化機理—新聞—科學網
    磷的有效供給是生態系統發育和穩定的必要條件，因而成土早期磷的生物地球化學循環機理對裸地植被恢復工程具有重要意義。
  • 微電子所在阻變存儲器的傳輸機制研究中取得進展
    日前，中國科學院微電子研究所納米加工與新器件集成技術研究室在阻變存儲器（RRAM）的傳輸機制研究中取得新進展。　　RRAM是重要的下一代新型存儲器，具有結構簡單、高速、低功耗和易於3D集成等優點。但目前對於導電通路中的載流子輸運機制還存在很大的爭議，正確理解導電通路中的載流子輸運過程對控制和改善器件的存儲特性，以及對器件的建模和分析都至關重要。如何精確的測試導電通路內部的載流子傳輸機制是目前RRAM器件研究中亟待解決的重要問題之一。　　微電子所劉明研究員領導的課題組在RRAM的阻變機理研究方面取得了一系列進展。
  • 香港土木工程拓展署汪學寧訪問成都山地所
    香港土木工程拓展署汪學寧訪問成都山地所 2016-05-12 成都山地災害與環境研究所 【字體研究員蘇立君介紹了中科院山地災害與地表過程重點實驗室的主要研究特色、研究重點及研究隊伍，並重點介紹了中科院野外站重點科技基礎設施建設項目—東川泥石流觀測研究站「山地災害大尺度動力學模擬實驗平臺」項目的實施背景、建設目標及內容、運行及共享機制等情況。孫向榮介紹了香港泥石流防治數值模擬進展及應對極端天氣多重災害多政府部門聯合運作平臺的建設情況。
  • 煙臺海岸帶所在硝基芳香汙染物微生物降解機制方面取得進展
    煙臺海岸帶所在硝基芳香汙染物微生物降解機制方面取得進展 2018-09-04 煙臺海岸帶研究所 【字體：該研究首次報導微生物降解2,6-DBNP的過程和分子機制，研究結果近期發表於國際學術期刊Journal of Hazardous Materials。　　該團隊長期致力於有機汙染物微生物降解的分子機理和修復研究。
  • 力學所在異構金屬動態力學行為研究方面取得進展
    近期，中國科學院力學研究所先進材料力學行為研究團隊在異構動態力學行為和極端環境下使役行為等方面取得進展。　　研究人員針對芯部為馬氏體鋼與表層為奧氏體不鏽鋼組成的三明治宏觀多層異構，利用應變精細控制的動態剪切試驗與微結構演化觀察，發現相比於傳統均質微結構，異構的動態力學性能匹配顯著提升 (圖1a)；提出了相應動態剪切變形的微觀力學機制，即異構延緩了剪切帶在脆性區的萌生，限制了剪切帶從脆性區到韌性區的傳播 (圖1b)。
  • 哈爾濱獸醫所在流感病毒複製周期調控機制研究方面取得突破性進展
    因此，需要深入研究流感病毒的致病機制，發現病毒複製過程中與之相互作用的宿主蛋白，揭示其參與病毒複製周期調控的機制，為研製新型抗流感病毒藥物以及幹預治療提供理論依據。　　近日，中國農業科學院哈爾濱獸醫研究所國家禽流感參考實驗室在宿主蛋白調控流感病毒複製周期機制研究方面取得突破性進展，進一步完善了流感病毒與宿主蛋白形成的相互作用網絡，深化了對流感病毒複製周期的理解，為研製新的抗流感病毒藥物提供了潛在的靶點。相關研究成果在國際病原學權威期刊《公共科學圖書館一病原體（PLoS Pathogens）》上在線發表。
  • 成都山地所與航天五院總體部持續推進科技合作
    成都山地所與航天五院總體部持續推進科技合作 2018-05-25 成都山地災害與環境研究所 【字體：大 中 小】
  • 南大洋酸化機制研究取得重要進展
    海洋試點國家實驗室區域海洋動力學與數值模擬功能實驗室薛亮副研究員與美國德拉瓦大學Wei-Jun Cai教授等合作，在南大洋酸化機制研究方面取得了重要進展，其研究成果「Climatic modulation of surface
  • 華南植物園在生物固氮的環境響應機制研究方面取得進展
    華南植物園在生物固氮的環境響應機制研究方面取得進展 2020-09-23 華南植物園 【字體結果表明，人為幹擾活動降低了生態系統的自生固氮速率，但對共生固氮速率沒有顯著影響。
  • 微生物所在微滴數字PCR技術研製方面取得進展
    其主持的國家重點研發計劃「新一代高通量數字PCR關鍵技術及應用研究」項目自2016年立項以來，自主開發了低成本界面振動乳化（Interfacial Emulsification）技術（Analytical Chemistry, 2017, 89, 745-750; Analytical Chemistry, 2016, 88, 3171-3177），完成了一體化全自動數字PCR原理樣機研發，取得了階段性進展
  • 山西大學分子科學研究所在鈣鈦礦太陽能電池研究方面取得重要進展
    近日，山西大學分子科學研究所韓高義教授課題組在鈣鈦礦太陽能電池(PSC)研究方面取得重要進展，相關成果以山西大學為第一單位在國際權威期刊《德國應用化學》( Angew. Chem. Int. Ed.)在製備鈣鈦礦太陽能電池(PSC)時，快速的結晶過程和複雜的結晶條件會導致生成的鈣鈦礦薄膜中存在大量缺陷，從而影響PSC的光電轉換效率和穩定性。因此製備缺陷較少或無缺陷的鈣鈦礦薄膜，對於提高PSC的綜合性能具有重要意義。
  • 煙臺海岸帶所在抗菌分離膜研究方面取得進展
    膜生物汙染一直以來都是膜分離技術大規模工程應用過程中所面臨的最棘手問題。開發簡便高效的膜生物汙染防控策略，一直受到人們的關注。中國科學院煙臺海岸帶研究所研究員胡云霞團隊長期致力於高性能抗汙染分離膜開發，並取得最新進展。
  • 寧波材料所在柔性氧化物神經形態電晶體研究方面取得進展
    寧波材料所在柔性氧化物神經形態電晶體研究方面取得進展 2018-11-26 寧波材料技術與工程研究所 【字體：在突觸仿生電子學方面，目前的研究主要包括兩端阻變器件和三端電晶體，這類器件已經模仿了一些從簡單到複雜的各種突觸功能和神經元功能，有著潛在的應用前景。　　近日，中國科學院寧波材料技術與工程研究所功能材料界面物理與器件應用團隊在柔性神經形態器件研究方面取得新進展。
  • 地球環境所在黃土垂直節理髮育與演化規律方面取得進展
    地球環境所在黃土垂直節理髮育與演化規律方面取得進展 2020-03-09 地球環境研究所 【長期以來，黃土垂直節理在黃土高原微地貌演化、水土流失、地質災害的形成與發生過程中扮演著重要的角色，定量描述和理解黃土垂直節理的成因和演化模式一直是黃土環境地質、水文地質和工程地質研究中的重要內容。
  • 半導體所在柔性一維光電探測器研究方面取得系列進展
    最近，中國科學院半導體研究所超晶格國家重點實驗室研究員沈國震課題組，在一維無機分枝同質/異質納米線製備及柔性光電探測研究方面取得了系列進展。 半導體所在柔性一維光電探測器研究方面取得系列進展
  • 近期國內高校在CO2還原方面取得系列重要進展
    1、上海高研院二氧化碳加氫催化劑設計開發研究獲進展近日，中國科學院低碳轉化科學與工程重點實驗室暨上海高研院-上海科技大學低碳能源聯合實驗室研究員孫予罕、高鵬和李聖剛帶領的團隊，在二氧化碳催化加氫催化劑研究中取得進展，實現了更高性能氧化銦催化劑的理性設計與合成，相關研究成果以Rationally
  • 昆明植物所在植物線粒體基因組替代速率異質性研究中取得進展
    被子植物線粒體基因組在大小、結構、基因及內含子數量等方面均具有多樣性，這一特徵使得線粒體基因組成為研究基因組複雜性的理想系統。通常認為植物線粒體基因組的進化速度較葉綠體基因組、核基因組低，且同一基因組內基因之間的進化速率較為一致。