土壤-微生物-植物系统中矿物风化与元素循环-中国科学-Science.pdfVIP

中国科学: 地球科学 2014 年 第44 卷 第6 期: 1107 ~ 1116 SCIENCE CHINA PRESS 专题: 地球生物学前沿 进 展 土壤-微生物-植物系统中矿物风化与 元素循环 ①②* ② ② ③ ② ②† 朱永官 , 段桂兰 , 陈保冬 , 彭新华 , 陈正 , 孙国新 ① 中国科学院城市环境研究所, 厦门 361021; ② 中国科学院生态环境研究中心, 北京 100085; ③ 中国科学院南京土壤研究所, 南京 210008 * 联系人, E-mail: ygzhu@ † 联系人, E-mail: gxsun@ 收稿日期: 2013-12-15; 接受日期: 2014-03-12; 网络版发表日期: 2014-05-09 国家自然科学基金重大项目(批准号: 410902802)资助 摘要 土壤是地球关键带的重要组成部分, 土壤-植物系统是连接岩石圈、生物圈、大气圈和 关键词 水圈的纽带. 土壤作为地球上生物多样性最丰富的生境之一, 在地球表层生物地球化学过程中 土壤 植物 担负重要的作用. 本文主要从地球生物学的角度来探讨土壤生物在地球表层(风化壳)岩石矿物 微生物 风化、物质转化与运输中的作用及其相关机制, 包括土壤微生物对岩石矿物的风化, 以及土壤- 地球生物学 根系的相互作用和土壤-微生物-根系相互作用对岩石矿物风化的影响. 土壤是地球表层具有生命的历史自然体, 是连 的地球生物学过程的研究具有明显的学科交叉特点, 接岩石圈、生物圈、大气圈和水圈的纽带, 其形成、 能够更好地从总体上把握土壤的生态和生产功能. 发育和功能将深刻影响地球生态系统的可持续性. 因此, 从地球生物学角度研究土壤-植物系统的相互 因此, 土壤也是地球生物学研究的重要对象. 作用有助于推动土壤学的发展. 地表岩石-土壤-生物-水-大气相互作用带被称为 地球关键带(The Critical Zone), 土壤-生物系统涉及 1 土壤微生物对岩石矿物的风化作用 植物、微生物和土壤无机组分, 是地球关键带的重要 组成部分. 土壤生物和土壤组分(有机质、矿物、水和 1.1 微生物对岩石矿物风化的作用 离子)相互作用推动了土壤的形成和发育. 土壤-植物 土壤矿物由于暴露于雨水和氧化环境中, 或者 系统的过程集中体现了土壤中的地球生物学过程, 由于温度的变化, 会发生风化作用. 矿物风化是最重 包括土壤矿物和生物的相互作用、物质(元素) 的转化 要的表生地球化学过程之一(Barker 等, 1998). 在漫 与运输. 和传统土壤学研究相比, 地球生物学的研究 长的地质年代中, 风化作用使岩石破碎, 成为细小的 将更加注重土壤中物理、化学和生物学过程的耦合, 沙砾, 形成结构疏松的风化壳, 可称为土壤母质. 母 更加注重耦合过程背后的生物学机制, 将突出土壤 质代表土壤的初始状态, 它在气候与生物的作用下, 生物地球化学过程的动力学机制. 土壤-植物系统中 经过漫长的过程, 才逐渐转变成可生长的土壤. 微生