新時代土壤化學前沿進展與展望*

李芳柏徐仁扣譚文峰周順桂劉同旭石振清方利平劉承帥劉芳華李曉敏馮雄漢吳云當

新時代土壤化學前沿進展與展望*

李芳柏1，2?，徐仁扣3，譚文峰4，周順桂5，劉同旭1，2，石振清6，方利平1，2，劉承帥1，2，劉芳華1，2，李曉敏7，馮雄漢4，吳云當1，2

（1．廣東省科學院廣東省生態環境技術研究所廣東省農業環境綜合治理重點實驗室，廣州 510650；2. 華南土壤污染控制與修復國家地方聯合工程研究中心，廣州 510650；3. 土壤與農業可持續發展國家重點實驗室（中國科學院南京土壤研究所），南京 210008；4. 華中農業大學資源與環境學院，武漢 430070；5. 福建農林大學資源與環境學院，福州 350002；6. 華南理工大學環境與能源學院，廣州 510006；7. 華南師范大學環境研究院，廣州 510631）

土壤化學是重要的土壤學基礎分支學科。在回顧了土壤化學發展歷程的基礎上，梳理了土壤化學的四個前沿交叉方向，并展望了土壤化學與其他相關學科的交叉發展趨勢，以期尋求新的學科增長點。土壤化學經歷了從恒電荷到可變電荷土壤學說演變，我國在土壤電化學、根際土壤化學、土壤化學-物理-微生物界面反應等方向逐步領跑。新時代中國已經發展成為國際土壤化學的研究中心之一，尤其在土壤化學與微生物學、地球化學、礦物學、環境化學等交叉領域取得了突破性發展。同時，發展并運用同步輻射、微流控聯用光譜能譜、高分辨顯微鏡、光譜電化學等實時、原位、高精度研究方法，推動土壤化學研究取得了長足的進步。新時代的土壤化學具有三個重要發展趨勢，首先系統揭示地球表層系統中物質循環與能量交換的土壤化學機制，實現“0到1”的土壤化學原創性成果的突破；其次需要綜合運用地球表層系統理論，從多界面、多要素、多過程的“三多”交互耦合；再次，需要加強與地球宜居性這一人類重大命題的交叉融合，為生態文明建設、土壤污染防治攻堅戰、全球變化等國家重大需求提供理論支持。

土壤化學；植物營養元素化學；生物電化學；反應動力學；界面反應；土壤礦物

土壤化學是重要的土壤學基礎分支學科。土壤化學的研究以地球表層系統為對象，涉及土壤的形成與發育、土壤生產力、土壤環境自凈能力、養分循環、溫室氣體排放等關鍵過程或效應的化學機制。自20世紀80年代以來，土壤化學的研究方向逐漸向可變電荷土壤、土壤電化學、土壤化學-物理-微生物界面反應、土壤生物電化學等前沿主題不斷深入。同時，隨著先進儀器、分析表征方法以及數值模擬手段的快速發展，中國作為當前世界土壤化學研究的中心之一，推動土壤化學與微生物學、地球化學、環境化學、礦物學等多學科交叉發展[1]，尤其在土壤（生物）電化學[2-3]、根際土壤化學[4-5]、土壤化學-物理-微生物相互作用[6]等前沿主題做出了重要的貢獻。隨著新時期國家對生態文明、地球宜居環境的重大需求，為新時代土壤化學的綜合研究與發展帶來了新的機遇和挑戰，迫切需要進一步加強原始創新、服務地球宜居性、土壤污染防治等重大命題與國家需求。鑒于此，筆者結合自身多年的研究工作與心得，重點梳理了中國學者在重要的交叉方向所取得的主要成果，探討了未來發展趨勢，以期尋求新時代土壤化學分支學科的新增長點。

1 土壤化學的發展歷程與中心轉移

1850年，英國的Way首次發現北溫帶土壤的離子交換現象，并提出了土壤膠體帶恒定負電荷量的學說，標志著國際土壤化學的起源[7]。之后150年來，國際土壤化學研究中心逐步從歐洲轉移至美國；新時代，中國逐步發展成為繼歐美之外的國際土壤化學研究中心。

1.1 可變電荷土壤與土壤電化學

1929年，瑞典學者Mattson提出土壤膠體電荷是可變的，即土壤兩性說，從此引發土壤化學界的爭論。雖然1939年Schofield進一步證明了土壤電荷的可變性，但依然未能動搖“恒電荷土壤學說”的地位；直到1972年，Cornell大學的Peech和他的巴西學生Raji在研究熱帶土壤氧化鐵時再次發現了可變電荷土壤，才使得“可變電荷土壤學說”得到應有的承認。1981年，國際土壤學會在新西蘭召開了“可變電荷土壤”國際會議，正式確立了“可變電荷土壤學說”的歷史地位。由于可變電荷土壤主要分布在世界上的欠發達地區，對它的研究很少，認識不足。根據國際土壤學的發展趨勢結合我國土壤的分布特點，經過多年土壤化學的探索，于天仁先生于1961年選擇可變電荷土壤和水稻土作為主要研究對象，開啟了土壤電化學的原創研究，并率先建立了國際上第一個土壤電化學研究室。1965年出版了《土壤的電化學性質及其研究法》，創立了以土壤中帶電的膠體顆粒與離子、質子和電子之間相互作用及其化學表現為中心的土壤電化學研究體系[8]。20世紀70年后期至80年度初，又重點開展水稻土的電化學特性研究，于1983年出版了《水稻土的物理化學》。同時創建了一系列獨特的電化學方法，研制了專門的儀器設備；先后出版《土壤和水研究中的電化學方法》和《可變電荷土壤的電化學》等系列中英文專著。這些研究成果在國內外產生了廣泛和深遠的學術影響，使得我國土壤氧化還原研究和可變電荷土壤電化學研究躋身世界領先行列。進入新世紀，進一步開創了可變電荷土壤中帶電顆粒之間雙電層相互作用及其效應研究，揭示鐵鋁氧化物通過雙電層作用抑制可變電荷土壤酸化的機制，修正了傳統土壤酸化理論[9-10]。

1.2 根際土壤化學

根際是植物與土壤接觸最密切、土壤-植物相互作用最活躍的微區。植物根系分泌種類繁多的有機物，使得這一微區的土壤化學過程具有明顯的獨特性。針對根系分泌物收集與分離的難題，我國學者創建了交換螯合法、專一性陽離子交換樹脂法[11]，分離和純化專一性根系分泌物，并探索出一種微生物抑制劑，避免了根分泌物的快速分解，獲得了天然根系分泌物，解決了上述難題。并將根系分泌物劃分為專一性、非專一性兩類。利用上述方法，發現禾本科植物分泌大量的專一性分泌物：植物鐵載體[4]，這些鐵載體具有活化土壤鐵、鋅、銅等微量元素的功能[12]。根據土壤化學原理，發現了我國河南的玉米-花生間作體系正是國際上夢寐以求的鐵高效作物與鐵低效作物間作、前者幫助后者克服缺鐵黃化問題的典型案例[13]。研究發現，在單作條件下花生缺鐵黃化，而花生與玉米間作下，由于禾本科植物-玉米能夠分泌植物鐵載體，通過這一根分泌物不僅使自身獲得足夠的鐵營養，而且還可通過根際作用，使與其間作的花生也能獲得更多的鐵營養，使花生缺鐵黃化現象明顯消失[13-14]。這一成果發表后，被廣泛應用到以色列花生生產、西班牙彌猴桃生產、巴西柑橘生產體系中，也被國際上許多大學和研究單位作為植物營養學和植物生理生態學的教學范例，相關成果被（第3版）[15]等專著或教科書收錄。上述根際化學原理進一步指導了植物高效利用土壤難溶性磷素資源的生物學潛力挖掘。發現酸性土壤上，肥田蘿卜根系分泌大量酒石酸高效活化土壤難溶性磷；石灰性土壤上，植物主要分泌檸檬酸和蘋果酸并促使鈣磷溶解[16]。上述根際土壤化學進展入選2009年出版的專著《根際生態學：過程與調控》[5]，在國內外產生了重要的學術影響，并引領該領域的發展。

1.3 土壤化學-物理-微生物界面反應

土壤中最活躍的固相組分礦物、有機質和微生物相互作用，包含了土壤化學、土壤物理、土壤微生物過程，這些過程往往同時發生，呈現相互作用的耦合特征。這一耦合過程，也就是土壤化學-物理-微生物界面反應，控制著土壤中養分的有效性和污染物質的行為，決定著土壤健康與質量；也是揭示地球表層系統中元素生物地球化學循環、過程與機制的重大前沿科學問題。1982年，第12屆國際土壤學大會正式成立了土壤化學專委會下的“土壤膠體表面”工作組；1986年，在比利時根特舉辦了“土壤膠體-土壤溶液界面間的反應”學術研討會；1990年，國際土壤聯合會成立了“土壤礦物-有機質-微生物相互作用工作組”，土壤化學的研究逐步從物理化學機制為主發展為物理化學、生物化學機制并重；2004年，工作組升級為“土壤化學-物理-微生物界面反應專業委員會”，多界面、多過程耦合機制的研究得到前所未有的重視，使土壤由物質間的相互作用轉向了土壤界面的物質與能量相互作用過程。在這一前沿主題，我國一批科學家發揮著重要的作用[17-21]。

2 新時代土壤化學前沿

在新時代土壤化學的發展歷程中，微生物逐漸成為土壤物質循環的引擎，也成為土壤化學發展的重要動力。中國在土壤化學與微生物學、地球化學、礦物學、環境化學等幾個學科交叉取得了突破，為推動學科發展做出了重要的貢獻。

2.1 土壤化學與微生物學交叉

（1）土壤礦物-微生物的吸附過程。土壤礦物-微生物-有機物多界面的形成與穩定機制是理解土壤關鍵過程的前提與基礎。我國學者發現細菌表面蛋白/磷脂與赤鐵礦表面形成化學鍵，導致細胞膜損傷及胞內活性氧（ROS）產生，從而使細胞失活[22]。針鐵礦可促進枯草芽孢桿菌在氣液界面形成生物膜，蒙脫石可促進細菌的游動性，抑制大腸桿菌生物膜形成以及降低生物膜胞外聚合物（EPS）的黏性，高嶺石可提高細菌不可逆黏附，促進菌毛和莢膜異多糖的分泌，同時誘導細菌群體密度感應信號分子（Autoinducer-2）的釋放，促進生物膜的形成[17-23]。細菌與蒙脫石復合可增加重金屬吸附位點，而與針鐵礦復合導致吸附位點減少。革蘭氏陽性菌對細菌-礦物復合體吸附行為的影響程度遠大于革蘭氏陰性菌。這種差異揭示了作用力和結合方式是控制復合體吸附特性的決定因子[24-25]。揭示了重金屬在礦物-細菌復合體上的配位構型及分配特征[26-27]；構建了營養元素與污染元素在土壤組分表面的配位與多表面模型[28-30]，這對于深入理解土壤微界面特征、重金屬環境行為的調控有重要意義[31]。

（2）土壤礦物-微生物的胞外電子傳遞過程。土壤生物電化學起源于土壤化學與微生物學的交叉融合，其核心理論是微生物胞外呼吸。根據電子傳遞的方向，胞外呼吸微生物包括產電微生物（Electrogen）和電營微生物（Electrotroph），兩者合稱電活性微生物。1987年，Lovley等首次發現異化鐵還原菌GS-15[32]，隨后Nealson等發現MR-1[33]。近年來，我國學者分離獲得了系列電活性微生物，經鑒定發現分屬于50個屬、128個種[34，36-37]。微生物胞外呼吸的研究迄今已有20余年（圖1），微生物胞外電子產生與傳遞機制是土壤生物電化學最本質的科學問題。Lovley首次證實了的鞭毛具備高效導電性能，則通過外膜細胞色素（MmcA）完成胞外電子傳遞[38-39]。我國學者以為模型，構建菌毛缺失突變株（Δ），發現胞外細胞色素是微生物種間直接電子傳遞（DIET）的主要貢獻者，揭示了胞外細胞色素單獨介導的DIET新途徑，深化與拓展了胞外呼吸理論[40]。近期研究發現GSU1497 蛋白的分子伴侶功能，證實它以三聚體的形式介導了導電菌毛的分子組裝過程，為理解土壤微生物-礦物的電子交換途徑提供了微觀依據[31]。構建了鞭毛恢復表達的突變株，發現地桿菌鞭毛作為生物膜骨架（Biofilm scaffold）介導胞外電子傳遞的新功能，改變了鞭毛僅僅作為細菌運動器官的傳統認識，為電活性生物膜調控提供了新的方向[41]。

圖1 微生物胞外呼吸（胞外電子轉移）理論研究的里程事件

2.2 土壤化學與地球化學交叉

（1）土壤腐殖質與礦物介導的生物地球化學過程。腐殖質等典型土壤有機質，可作為電子穿梭體加速電活性生物膜與氧化鐵礦物之間的胞外電子轉移。自從天然腐殖質的電子穿梭屬性被發現以來[42]，具有腐殖質類似結構的物質（如醌、嗪、噁嗪等）被作為典型電子穿梭體進行了廣泛研究。與可溶的醌類相比，吩噁嗪的穿梭機制有顯著的差異：不僅能夠自沉積在電子受體表面，還能強化并穩固微生物胞外電子傳遞[43-44]。除了電子穿梭體的性質，近期研究發現，腐殖質作為電子受體，可以顯著促進生物膜形成的效應，并揭示了其生物電化學機制，深化了礦物-穿梭體-微生物的電子傳遞機制的理解，為自然界中腐殖質類電子穿梭體角色與功能研究提供了新的認識[45]。礦物是微生物胞外電子傳遞的重要電子受體，同時也能夠作為電子傳遞的介質，增強微生物遠距離的電子傳輸。但半導體礦物具體通過何種機制介導微生物的電子轉移一直是當前土壤生物電化學方向一個難題。我國學者基于近年來建立的漫透射光譜電化學研究方法[46]，揭示了礦物半導體導帶在介導電子轉移過程中的作用。在細胞色素與亞鐵作用下，赤鐵礦的平帶電位發生偏移，空間電荷層發生能帶彎曲，形成內建電場，加速并介導亞鐵到細胞色素之間的電子轉移過程[47]。從熱力學角度提出并證實了礦物半導體介導亞鐵到細胞色素的電子轉移機制，是土壤生物電化學領域的新進展。以鐵還原菌和產甲烷菌互營共生體系為切入點，提出并證實了鐵還原菌與產甲烷菌間基于DIET的“電子驅動微生物產甲烷”新機制[48-49]。我國學者發現外源納米導電磁鐵礦可以同時促進CO2還原和乙酸裂解兩條途徑及環境效應[50-53]。此外，我國學者將土壤膠體電荷所產生的電場引入到量子力學的薛定諤方程中，對具有2s2p（如-N、-O、Mg2+等）和3s3p（如-P、-S、Ca2+等）為外層軌道的離子/原子的量子力學方程重新進行求解，發現界面存在新的強極化作用和極化誘導共價作用[54]。該理論成功地描述了水分子以及一些陽離子在土壤膠體表面上的獨特化學行為?；诘谝恍栽淼拿芏确汉治觯瑢⒘孔恿W應用于土壤化學過程研究，有助于揭示小分子和離子在土壤礦物或有機膠體表面上獨特的反應機制[54-55]。

（2）土壤元素耦合過程及其環境效應。土壤元素循環和污染物轉化包含了微生物、化學以及微生物-化學耦合過程[56-57]。如何解析土壤典型元素的生物地球化學過程，是土壤化學與地球化學等多領域學科交叉的前沿主題。近年來我國學者主要在新的研究方法、機制模型與環境效應方面，取得了系列進展。針對硝酸還原-亞鐵氧化耦合機制難以區分的難題[58-59]，自從1996年首次報道第一株微生物以來[40]，前十年主要認為是微生物過程，而近十幾年來化學反硝化過程引起廣泛重視[56]。如何定量評估微生物機制、化學機制及其微生物-化學耦合機制及其相對貢獻也一直是國際性難題。采用同位素分餾和基元反應模型，定量闡明了硝酸鹽還原耦合亞鐵氧化過程中的微生物-化學耦合機制和同位素分餾機制[60]。這一基于實驗測試與機制模型結合的思路為定量評估生物化學相對貢獻這一國際性難題提供了新的范式。微生物介導的鐵、氮元素循環具有重要而廣泛的環境意義。研究表明，在水稻土中，添加硝酸鹽和亞鐵可以富集更多的硝酸還原-亞鐵氧化微生物（NRFO），導致根際土壤溶液中溶解態Fe（II）濃度大大降低。NRFO菌還可導致As共沉淀或吸附于土壤中Fe（III）礦物，從而降低水稻對還原態As的吸收[61]。我國學者還分離了硝酸鹽還原型的砷氧化微生物，包括自養型砷氧化菌[21]和異養型砷氧化菌[62]。該菌能夠驅動硝酸鹽和氧氣耦合砷氧化和亞鐵氧化過程，而硝酸鹽到厭氧砷污染稻田土壤中，能夠通過大幅提高砷氧化基因的相對豐度和改變微生物群落的結構，進而有效降低As（III）的含量，降低了As在水稻植株中的積累[62-63]。此外，土壤腐殖質不僅能夠加速微生物鐵還原，而且可以直接介導微生物與砷之間的電子傳遞，促進砷還原，增加砷的移動性和環境風險[64]，生物炭的研究中也得到了類似的結果[65]。由于生物炭具備固態穿梭體的性質，利用純生物炭進行土壤調理，可能會增加土壤砷的毒性，從而引起次生環境風險。Fe（II）氧化對硝酸鹽還原和溫室氣體N2O排放的非生物反應影響鮮有報道[66]。研究者提出鐵輪假說，硝酸鹽在森林土壤中的非生物固定化是由硝酸鹽和亞鐵之間的生物和非生物過程造成的[67]。雖然還不清楚非生物和生物反應是如何發生的，但研究結果強調了NRFO在公認的N循環中的存在和重要性。鐵與氮的相互作用在河岸森林沉積物的鐵和氮循環動力學中得到了進一步的闡述[68]。我國學者對稻田土壤的氨氧化耦合鐵循環過程開展了一系列研究，通過估算，鐵氨氧化過程造成氮素損失約占稻田土壤中氮素總投入的3.9%～31%[69]。并且發現生物炭和醌類化合物等電子穿梭體均顯著促進了土壤中的鐵氨氧化過程，并且具有協同作用[70]，而土壤的理化性質顯著影響微生物的群落組成，進而導致了不同土壤中的鐵氨氧化效率的差異[71]。上述研究表明，鐵的氧化還原轉化與氮素的循環密切相關，尤其是在氧化還原發生動態變化的富鐵環境中[72]，這對于加深自然界中氮循環機制的認識有顯著推動作用。

2.3 土壤化學與礦物學交叉

礦物是土壤中重要的固相組分，與有機質和微生物等相互作用及其界面反應，深刻影響著土壤的物理、化學和生物過程與性質，控制著土壤中養分的有效性和污染物質的行為，決定著土壤健康與質量。土壤礦物與有機物、微生物界面過程是土壤的核心過程，也是揭示地球表層系統中元素生物地球化學循環、過程與機制的重大前沿科學問題。國際上土壤化學與土壤礦物交叉研究熱點可概括為在土壤多組分界面上，組分的互作機制及其對土壤性質、養分有效性、重金屬化學行為與生態效應的影響等方面，主要針對人類活動和全球變化引起的土壤生態效應及其生態服務功能。我國的土壤化學與礦物學的交叉研究以土壤膠體化學和界面過程為基礎，圍繞土壤礦物-有機物-微生物互作界面的發生、形成及其功能，在土壤礦物與微生物、生物大分子互作過程與機制、以及土壤重金屬和有機污染物在土壤-生物系統中遷移、轉化方面均取得了重要進展[6，73]。為避免與2.1小節內容重復，本節將不涉及微生物與礦物互作的內容。

（1）土壤礦物-有機物互作的結合機制。聯合化學分析、X-射線光電子能譜（XPS）和激光共聚焦顯微鏡技術（CLSM），研究者發現枯草芽孢桿菌EPS中蛋白質通過氫鍵優先吸附在蒙脫石和高嶺石表面，而其中的核酸通過配位交換特異性識別針鐵礦表面；進一步闡明了EPS中不同基團在針鐵礦表面吸附的優先順序，隨著體系鹽濃度的增加，EPS中蛋白質結構由弱剛性的長鏈結構向強剛性的螺旋結構轉變[74]。利用ATR-FTIR/2D-COS技術、結合微滴定熱量計法，量化了不同環境條件下層狀硅酸鹽礦物與腐殖酸相互作用驅動機制的相對貢獻，闡明了礦物多表面對多相異質性胡敏酸的選擇吸附行為[75]。高嶺石邊面、鋁氧基面和針鐵礦表面選擇吸附大于12.9 kDa組分的胡敏酸，由靜電引力和配體交換驅動；高嶺石硅氧基面選擇吸附小于12.9 kDa的組分，由疏水作用驅動[76]。土壤肥力狀況深受土壤酶活性的影響，土壤腐殖酸與溶菌酶以靜電吸附和疏水作用為主，該過程受熱焓驅動、部分可逆，主導作用力取決于環境條件[77]；腐殖酸與酶在溶液體系和土壤固相表面分別形成3D和2D兩種空間結構不同的復合體，但二者形成機制和表面特性基本一致；腐殖酸-酶復合體對酶的活性與穩定性均有保護作用，該作用與腐殖酸表面疏水性、靜電作用強度、以及腐殖酸與酶間的包被程度相關[78]，這些結果為合理調控土壤生物活性、提升地力和修復污染土壤提供了技術保障。

（2）亞鐵催化氧化鐵的晶相轉變與環境效應。基于氧化鐵表面電子轉移的異化鐵還原和亞鐵氧化兩個過程，通常被認為組成了完整的土壤鐵循環鏈[56]。但是，近年來研究發現，厭氧土壤體系中共存的游離態Fe（II）（Fe（II）aq）與氧化鐵中結構態Fe（III）（Fe（III）oxide）之間的直接作用過程及其導致的氧化鐵晶相重組，也是鐵循環的重要組成，這一過程對土壤中重金屬的固定脫毒具有重要作用[79-82]。諸多研究從氧化鐵礦物相的“宏觀”角度證實這一過程中Fe原子交換及氧化鐵晶相重組的發生[83-86]，但是在Fe（II）aq吸附到氧化鐵表面并給出電子后，Fe（II）aq中的Fe原子在氧化鐵表面（或體相中）的傳遞及結構取代過程、以及氧化鐵晶相重組過程中重金屬的吸附/固定等環境行為，是全面闡釋這一過程及其環境意義的基礎。我國學者采用Fe穩定同位素結合低溫穆斯堡爾譜表征手段，研究了厭氧土壤中Fe（II）aq與氧化鐵礦物的作用過程，發現Fe（II）aq與Fe（III）oxide的化學勢差為驅動力，Fe（II）aq的Fe原子進入到氧化鐵中，給出電子轉變成新的Fe（III）oxide，氧化鐵中的部分Fe（III）oxide則還原釋放，形成Fe（II）aq[87]。Fe原子交換過程中，氧化鐵的Fe-O鍵及Fe-Fe鍵發生重排，共存污染金屬可取代重排后的Fe結構位或包裹于氧化鐵礦物相重構后的晶格單元之間，通過同晶替代和晶格包裹兩個機理途徑實現固定脫毒[88-89]。土壤環境條件影響該過程氧化鐵晶相重組速率以及固定重金屬的效率，金屬元素自身親附性能（logK）與以上速率成正相關關系，提高固定重金屬效率[90]，氧化鐵中共存雜質元素以及pH、有機質等土壤條件在在一定程度通過降低Fe（II）活性降低體系的反應效率[91-92]。此外，近期研究發現天然氧化物存在晶體缺陷的現象，這種缺陷被認為是加速氧化物電子傳遞，促進有氧條件活性氧物種產生的關鍵因素，有效提高了土壤砷的解毒和固定的效率[93]。這些研究進展顯著提升了在分子或原子水平對氧化鐵晶相轉變的認知，為土壤重金屬等污染調控提供了理論支撐。

2.4 土壤化學與環境化學交叉

土壤化學動力學是土壤化學與環境化學交叉形成的研究方向，是研究土壤體系化學反應速率和反應機制的重要內容。研究內容主要包括反應速率如何隨反應條件變化、微觀反應機制、以及建立定量模型來描述和預測動力學過程[94]，涉及不同時間尺度下的多種反應，包括離子交換和吸附等快速反應、沉淀溶解以及礦物轉化等慢速反應，這些動力學反應的動態耦合共同控制著宏觀土壤動力學現象和污染物的環境行為。土壤化學動力學的研究對于理解土壤體系化學反應分子機制、預測地表土壤過程、養分元素循環及污染物環境行為，具有重要的科學意義。

近年來，隨著先進的地球化學儀器分析手段的應用，以及與環境分析化學的交叉，基于非均質、多組分的土壤化學反應動力學理論逐漸形成。國內外土壤化學動力學研究在土壤微觀界面動力學過程、化學反應分子機制、污染動力學行為等方面取得了較好的進展。

（1）土壤組分化學非均質性對化學反應動力學影響。土壤含有不同組分（如有機質和礦物組分），含有多個不同化學官能團形成的反應點位，然而對多點位動力學反應的描述需要大量的動力學參數，難以在實驗中獨立確定。因此，由于土壤組分的復雜性和環境條件的多變性，土壤化學動力學的定量研究一直是難點。近年來，一些機理性的熱力學化學形態模型已經被建立[31，95-96]，這些平衡模型能夠很好的解釋土壤組分化學非均質性對土壤離子平衡分布的影響。通過將熱力學平衡和動力學反應有機整合，基于熱力學反應機制的動力學模型已經逐漸發展起來[97-99]，重點解決了土壤介質的非均質性、土壤組成和反應條件復雜性等瓶頸問題，克服了傳統動力學模型在復雜土壤體系缺乏通用性的難點。比如，不同腐殖質官能團點位對重金屬離子絡合和釋放速率具有很大的差異，而基于腐殖質官能團微觀反應機制的動力學模型可以比較準確的預測不同重金屬離子從溶解性有機質的釋放速率[98]，對預測重金屬的生物有效性和毒性具有重要意義；而不同晶型礦物、不同表面反應點位，也對不同重金屬的吸附解吸動力學行為起著重要的影響[99-100]。這些微界面動力學模型的發展，為發展現場條件下的綜合動力學模型提供了堅實的理論基礎。

（2）多過程耦合反應動力學和定量模型。土壤體系含有多個生物地球化學過程（如吸附-解吸、氧化-還原、沉淀-溶解、礦物轉化等），這些過程同時又受到微生物過程的影響。多過程耦合動力學定量研究的難點在于對多個耦合反應過程和速率在微觀層次上進行機理性定量描述，最近的一些定量研究在這個領域也取得了較快的進展，定量闡明了不同尺度下多個化學動力學過程的耦合和反饋共同控制污染物的環境行為[101-105]。作為一個重要的土壤污染物，研究表明，三價As在錳礦物上氧化動力學，受到三價As吸附解吸，三價As在礦物表面氧化，以及五價As的吸附解吸一系列反應的動態耦合控制，而這些過程對總體速率的影響，取決于具體的反應條件[101]。同時，微生物也廣泛參與到土壤動力學過程中，介導多個化學動力學過程的耦合和反饋。最近的模型研究表明，微生物可以加強五價As從鐵氧化物表面的釋放，進一步在溶液中還原五價As（V），從而影響As在鐵氧化物體系的化學形態和動態分布[102]，這大大拓展了我們對As動力學行為的理解。除了界面反應，污染物的動力學行為也受到礦物轉化的影響。鐵礦物的轉化對As的環境行為起著關鍵性的影響[106]，相關的數值模型也已經發展起來[103-105]，可以用于綜合評估鐵礦物轉化過程中As的分布和傳輸。總體上，多過程耦合動力學定量方面的深入研究，將會使土壤動力學研究從微界面反應層次進一步拓展到多尺度多過程耦合層次，大大提高我們對現場條件下污染物環境行為的預測能力。因此，研究不同時間和空間尺度下土壤污染物形態變化和動態分布、闡明微生物介導下土壤化學過程的多尺度耦合，將是土壤化學動力學定量研究的關鍵難題之一。

（3）復雜土壤體系化學反應動力學過程和預測模型。由于土壤組成的復雜性和環境條件的多變性，傳統的動力學模型主要是基于簡單的化學級數反應方程和經驗性模型[94]，對實驗數據進行擬合，獲得的模型參數在復雜土壤體系經常缺乏通用性和預測能力；一些機理性的理論動力學模型，主要還是基于簡單的單一反應介質體系的界面反應[107-108]，尚未應用到復雜土壤體系中。預測復雜土壤體系化學反應動力學，需要具體考慮地區土壤的差異性和環境條件的變化，解決模型參數從模式體系到實際土壤體系的轉換。最近的一些進展，采用組分疊加的方法，將模式體系的機理性動力學模型，擴展到復雜土壤體系，能夠較好地描述實際土壤多組分共存情況下的宏觀動力學過程，從而克服了傳統動力學模型在復雜土壤體系缺乏通用性的難點[97，109-111]。將來的工作需要進一步考慮現場土壤的復雜性，以及土壤化學反應和其他物理和生物過程的耦合，從而最終建立適用于現場條件下的綜合性的土壤動力學模型體系。

3 現代分析技術促進土壤化學的縱深發展

現代分析技術的快速發展是實現土壤化學與多學科交叉融合的保障與橋梁，促進了新時代土壤化學的快速發展。例如，快速停留光譜與電化學聯用等技術應用于微生物胞外電子傳遞的實時監測與機制解析；應用同步輻射X射線吸收光譜（XAFS）、快速原位吸收光譜（Quick-XAFS）、微區X射線熒光光譜（μ-XRF）和微區吸收光譜（μ-XAFS）等技術，在土壤中重金屬污染物形態及分布、污染物在土壤礦物表面的快速反應動力學特性、弱晶質氧化物鑒定等土壤化學研究前沿領域進行了深入研究；微流控技術和原子力顯微鏡推動了土壤礦物-有機物-微生物相互作用的原位研究；傅里葉變換離子回旋共振質譜（FT-ICR-MS）、球差校正掃描透射電子顯微鏡（Cs-STEM）等先進技術也逐漸應用到土壤化學的研究中，在有機質分子組成、元素空間分布方面提供了超高分辨率的信息。

3.1 研究界面反應過程的現代分析技術

（1）基于生物電化學的電子傳遞過程。如何方便快捷、定量化地表征多組份多界面土壤體系中電子轉移的微觀過程，是土壤胞外呼吸研究的基礎與關鍵。國內研究者在傳統土壤電化學的基礎上，將微生物（電活性細菌）與電活性物質（腐殖質/氧化鐵等）引入研究體系，彌補了傳統土壤電化學局限于非生物體系的缺陷，創建了“功能基因→蛋白→細胞→生物膜”的生物電化學研究新方法，為闡明微生物-礦物/腐殖質間的微觀電子交換過程（電子轉移容量與轉移速率）提供了有效手段，主要包括：微生物胞外呼吸活性高通量測定[112]、土壤復雜體系電子供給/接受容量測定[113-114]、土壤生物膜電活性快速表征[115]等。解析細胞色素氧化還原過程中的熱力學與動力學機制，是理解胞外電子傳遞能量變化與物質轉化的關鍵。我國學者構建漫透射紫外可見光譜測試技術，實現了活菌外膜細胞色素氧化還原狀態的實時原位測試，構建了穿梭體介導胞外電子傳遞過程的熱力學模型，證實了細胞色素與穿梭體兩者之間反應的能量損失是造成不同穿梭體的電子介導能力存在差異的原因[116]。并從熱力學角度解析了氫離子影響胞外電子傳遞的內在原因，證實了pH對微生物生存活性的影響較pH對電子傳遞勢能的改變更為關鍵[117]。由于細胞色素反應為秒級反應[118]，傳統光譜手段難以捕獲中間過程，通過建立快速漫透射光纖光譜測試法，研究者獲得了電活性微生物外膜蛋白狀態的秒級反應動力學數據，從而解析了從電子供體到細胞色素再到電子受體的基元反應動力學，確證了供體與細胞色素之間的反應是電子傳遞的定速步驟[119]。

（2）微流控技術及其與光譜能譜技術的聯用。微流控技術是基于微米級的、能精確控制各項參數的流體工程系統，可以模擬土壤微生物的特定生長條件，實現在土壤顆粒尺度下模擬并操縱土壤微環境的空間結構和化學性質變化[120]。微流控技術與共聚焦拉曼光譜、紅外光譜等技術結合，可以實現對微觀樣品進行非擾動原位分析。此外，O2、CO2、pH微電極等設備的應用[121]，進一步實現了對微生物代謝活性等生理指標的實時監測，為土壤礦物和微生物的相互作用的可視化原位研究提供了有力的技術保障。近期，微流控芯片技術結合X-射線光電子能譜被用于原位研究土壤生物地球化學界面中碳、氧、氮等元素的行為。Coyte等[122]結合微流控、模型和博弈論三種方法，探討了微環境對多孔介質中細菌生物膜形成的影響，結果表明，流體力學性質顯著影響多孔環境中細菌之間的競爭和群體的進化。利用玻璃刻蝕的微孔結構，模擬土壤團聚體中氧氣和營養物質的分布特征，Borer等[123]發現好氧菌與兼性厭氧菌可分別自動分布在孔隙網絡的外側富氧區域和中心缺氧區域，且細菌數量隨孔隙連通性的降低而下降。

（3）土壤化學反應動力學研究方法。土壤環境中的化學反應具有不同速率，對動力學研究方法提出了不同的要求，不同研究方法可以用于不同的時間和空間尺度微觀和宏觀動力學過程的研究。最常用的方法就是傳統的批量法（batch method），其最大的優點是操作簡單，但是由于樣品的分離通常需要一定的時間，批量反應最大的缺點是缺乏高精度的時間分辨率，從而不能準確地測定快速反應的速率（比如離子交換和快速吸附過程）；同時，在批量反應器里，溶液中不斷累積反應產物，也可能造成了其他額外反應的發生。流動反應器的發展可以用于解決批量反應器的一些缺點，通過連續將反應產物移出反應器，避免反應產物在反應器的積累，探索反應條件變化下的化學反應動力學。流動攪拌反應器（Stirred-flow reactor）是一個代表性的反應系統[124-125]，這些年來被廣泛應用于土壤及其組分的化學反應動力學的研究中[99，126-127]?？傮w上，發展基于先進電子顯微鏡、光譜和質譜技術的微觀觀測技術，對化學動力學過程在納米和亞納米尺度下進行觀測，是土壤化學動力學新的發展方向之一[128-131]。如果能解決土壤環境條件下組分復雜、低濃度、原位測量等方法難點，這些先進儀器分析技術將大力推動土壤化學動力學的發展，使得在原子分子層次上直接研究復雜土壤動力學反應成為可能。

（4）非傳統（金屬）穩定同位素示蹤。以金屬穩定同位素分餾與示蹤為基礎，土壤化學學科呈現出微觀機制跟蹤、反應過程定量化示蹤、以及區域遷移過程貢獻定量化解析等發展態勢。在土壤體系中，利用鎂同位素發現鐵氧化物和低鎂黏土礦物可富集輕鎂同位素，揭示了鎂由惰性態轉變為可利用態的關鍵地球化學過程[132]；此外，采用Fe同位素分餾研究不同種植條件下水稻吸收轉運Fe的過程機制，證實不同條件下水稻吸收Fe的機制性差異[88]。金屬穩定同位素更是對重金屬區域遷移過程的示蹤性研究提供了強有力的手段。比如，通過對我國西南都勻閃鋅礦核心礦區、地表徑流、目標農田土壤等重金屬遷移體系中的不同環境介質鋅同位素組成結合多端元模型研究，可定量解析Zn通過尾礦中細粒物質的長期風散以及采礦粉塵的直接物理傳輸進入農田土壤，明確了其平均貢獻比達到19.5%[133]。

3.2 研究礦物結構的現代分析技術

（1）同步輻射X射線技術。XAFS譜包含X射線吸收近邊結構光譜（XANES）和擴展X射線吸收精細結構光譜（EXAFS）。XANES譜能確定目標元素的氧化態和對稱性、配體電負性等信息。吸收邊能量位置會隨氧化態的增加而增加，如As（III）吸收邊的能量低于As（V）吸收邊能量數個電子伏。而利用EXAFS技術可準確揭示各種金屬離子在鐵氧化物、錳氧化物中的賦存機制，以及重金屬在土壤腐殖質上的結合機制[134-136]。此外，在主成分分析的基礎上，借助于XANES和EXAFS譜的線性擬合分析（LCF），可以揭示污染物不同價態的比例或復雜多相體系中污染物的賦存形式。針對處于復雜多相體系的環境樣品中目標元素，需要借助同步輻射微區技術如μ-XRF和μ-XAFS。例如，應用μ-XRF和μ-XANES技術研究發現Pb2+主要吸附于水鐵礦-芽孢桿菌復合物中的細菌表面[137]。

隨著X射線吸收光譜（XAS）技術的發展和譜圖采集速度的加快，快速原位XAS技術已經被用于測量元素在礦物表面上動力學反應速率，有力推動了微觀動力學反應分子機制的研究。Quick-XAFS技術被用于研究環境界面快速氧化還原過程，如錳氧化物對As（III）、Cr（III）的氧化[138-139]。原位XAS光譜技術可以廣泛應用于研究礦物-水界面間的氧化還原速率、金屬沉淀物的形成，在分子層次上提供了直接動力學反應的證據，促進了對動力學反應分子機制的理解。

（2）高分辨顯微鏡技術。原子力顯微鏡（AFM）作為一項重要的表面可視化技術，以其獨特的優勢（具有納米級的空間分辨率、皮牛級力靈敏度、免標記、可在溶液環境下工作）被廣泛應用于礦物-微生物互作的研究。AFM不僅可以在近生理環境下對微生物表面超微形貌進行可視化表征，同時還可以通過納米壓痕對微生物的機械特性（彈性和黏性）進行定量測量，利用AFM單細胞和單分子力譜技術可以獲得生物膜形成過程中細胞-基底以及細胞-細胞之間的相互作用力，為生物膜的實時原位系統研究提供了可行性。近年來建立的AFM與紅外光譜聯用技術（AFM-IR）可以對微區中有機質的化學組成和結構進行成像，分辨率可達100 nm，遠高于傳統的顯微紅外技術（micro-FTIR），該技術已在材料和生命科學領域應用。Yang等[140]首次將AFM-IR應用于地球科學領域，在納米尺度原位表征新鮮頁巖中天然有機質的地球化學和地質力學性質，揭示了頁巖中單個顯微組分的地球化學演變過程。

此外，球差校正掃描透射電子顯微鏡（Cs-STEM）技術發展迅速，能夠在納米甚至原子尺度觀測化學反應，為在微觀尺度下解析動力學反應機制提供了新的工具[141-142]。利用Cs-STEM技術，可以追蹤有機質-鐵礦物-重金屬的動態反應過程，揭示不同時間和空間尺度下的有機碳和重金屬與鐵礦物的反應行為[128，143-144]。

（3）傅里葉變換離子回旋共振質譜（FT-ICR-MS）技術。隨著傅里葉變換離子回旋共振質譜（FT-ICR-MS）技術的發展，FT-ICR-MS逐漸被應用于土壤有機質化學的研究中。土壤溶解性有機質（DOM）的組成和特性可以在分子層次上得以揭示，大大提高了我們對土壤有機質分子生物地球化學過程的理解。在微觀層次上，FT-ICR-MS被用于研究土壤DOM分子的特性，如DOM在氧化還原界面或者礦物與水相界面的分子分餾行為[145-146]和DOM的微生物降解[147]，有力促進了對土壤礦物與有機質分子相互作用以及土壤有機質分子形成和降解的認識。在宏觀尺度下，利用FT-ICR-MS得到的分子組成信息，結合統計模型分析，闡明了關鍵環境條件對土壤DOM分子多樣性的影響[148-149]，加深了對控制土壤有機質分子多樣性的機制的理解。此外，FT-ICR-MS可以在分子層次上研究DOM與重金屬的反應特性[150-151]，從而有助于深化對重金屬在土壤中動態行為的理解。

（4）穆斯堡爾譜分析技術。穆斯堡爾譜已逐漸發展為土壤結構及其變化、土壤鐵循環及金屬元素環境行為的重要研究手段。利用穆斯堡爾譜研究土壤黏粒礦物組成及其比例可反映出成土條件和成土過程的變化。利用穆斯堡爾譜結合穩定鐵同位素標記，可對土壤鐵循環過程中Fe原子的轉化過程進行跟蹤性研究。以57Fe標記游離態Fe（II），可以揭示游離態Fe（II）與氧化鐵中的結構態Fe（III）可發生Fe原子的交換過程[87，89]。穆斯堡爾譜也可以用于解析土壤中Fe（II）與各種金屬取代的鐵氧化物進行原子交換和電子遷移，以及所伴隨著的金屬固定與釋放[88]；對Fe（II）與Ni取代的針鐵礦體系的穆斯堡爾譜研究顯示，Fe（II）驅動針鐵礦的再結晶過程能誘導Ni元素的循環轉化，對于研究土壤中重金屬的地球化學過程有著重要意義[88]。

4 學科展望

進入新時期以來，人類活動影響下各圈層環境系統相互作用的過程、機理、效應和風險復雜程度是始料未及的。土壤化學作為地球表層系統的核心過程之一，面臨著如何加強與地球宜居性這一人類所面臨的重大命題的交叉融合。迫切需要綜合運用地球表層系統科學理論[152]，發展先進的土壤化學結構與過程表征的新方法，獲取土壤化學過程的新科學證據和新科學認知，實現“0到1”的原創性成果的突破。未來的研究需要進一步加強與微生物學、地球化學、環境化學等學科的交叉融合，從水-土、根-土、土-氣等多界面，礦物、微生物、有機質以及氧氣、質子、電子等多要素，離子交換、氧化-還原、絡合-配位、沉淀-溶解、吸附-解吸等多過程，這“三多”交互耦合的維度，系統揭示地球表層系統中物質循環與能力交換的土壤化學機制，尋求學科新的增長點，并形成國際領銜的方向；并為地球宜居性、區域環境生態可持續性、全球變化、土壤污染防治等國家重大需求提供理論支撐（圖2）。具體需重點關注以下幾個方面：

（1）土壤化學的多學科交叉發展與新的增長點。首先，土壤化學與微生物學的交叉融合，土壤生物化學、土壤生物電化學可能發展為新的分支學科。需重點關注：土壤中電活性微生物的物種多樣性、模式菌株及其功能挖掘；土壤生物電化學模式體系及其胞外電子轉移研究新方法的創建；微生物-礦物-腐殖質間胞外電子傳遞新機制及生態環境效應；土壤化學與微生物相互作用驅動碳循環、氮循環及重金屬轉化的過程及效應；基于土壤生物電化學原理的新型土壤及地下水原位修復技術及設備研發。其次，土壤化學與環境科學、生態學等多學科交叉，運用現代分析技術，側重于土壤中有機質和礦物這兩大關鍵組分在土壤微生物驅動下的交互作用，注重定量化研究和原位監測，綜合觀測與研究地球關鍵帶中所發生的土壤化學界面反應與生物地球化學循環過程，并依托野外臺站開展與土壤化學有關的綜合性重大科學問題研究，以期引領在國際上引領該主題的發展。

（2）復雜環境條件下的土壤化學過程定量研究。首先，土壤化學反應動力學研究的發展受益于地球化學和環境化學方面先進儀器分析手段的發展，在預測土壤元素循環和污染物動態環境行為的研究中起著核心作用，將來的發展要兼顧國際科研的前沿領域和國家對土壤污染控制的重大需求，從微觀到場地開展多尺度研究，具體考慮與土壤物理和環境地理學的學科交叉。應深入闡明土壤礦物-有機質-微生物動態相互作用的動力學過程；探索全球變化影響下土壤物質循環與能量轉換的化學動力學過程及預測模型；發展和完善土壤體系多組分多過程動力學反應理論；闡明土壤多尺度、多過程耦合反應動力學機制，定量闡明物理擴散-化學反應-微生物過程的動態耦合，發展適用于污染場地和田間環境條件下的土壤多尺度多過程動力學行為預測模型。其次，要充分考慮土壤剖面與景觀尺度的結構異質性，以及實際環境中土壤-植物系統中發生的土壤化學過程，建立反應動力學模型，計算在實際環境中的反應速率，定量解析各要素、各過程的作用機制。

圖2 新時代土壤化學前沿展望

（3）土壤化學服務國家需求。土壤作為地球的皮膚，是地球表層系統的重要組成，而土壤化學是地球表層系統的基本過程。土壤化學作為環境地球科學的基礎性分支學科，在服務國家需求方面可發揮重要的作用。當今，我國社會經濟高度發展，同時高強度的人類活動導致環境面臨著巨大的壓力，大氣、水體、土壤與農產品的環境質量堪憂，全球變化加劇，地球宜居性與區域環境生態可持續性面臨重大挑戰。土壤化學需要從三個方面發揮服務國家需求的功能：第一，提升土壤的化學固碳能力，降低甲烷、氧化亞氮等問題氣體的排放，特別是提升土壤對水分的固持能力，發揮其應對全球變化的功能；第二，改善土壤的化學與物理結構，提升土壤對氮、磷等營養鹽的固持能力，提高土壤-植物體系的氮磷利用率，減少其向水體的排放，為地表水污染防治發揮作用；第三，提高土壤的重金屬容量，抑制土壤酸化，降低土壤中重金屬的活性，提升農產品的安全達標率，服務于土壤污染防治行動計劃。

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The Frontier and Perspectives of Soil Chemistry in the New Era

LI Fangbai1, 2?, XU Renkou3, TAN Wenfeng4, ZHOU Shungui5, LIU Tongxu1, 2, SHI Zhenqing6, FANG Liping1, 2, LIU Chengshuai1, 2, LIU Fanghua1, 2, LI Xiaomin7, FENG Xionghan4, WU Yundang1, 2

(1. Guangdong Key Laboratory of Integrated Agro-environmental Pollution Control and Management, Guangdong Institute of Eco-environmental Science & Technology, Guangdong Academy of Sciences, Guangzhou 510650, China;2. National-Regional Joint Engineering Research Center for Soil Pollution Control and Remediation in South China, Guangzhou 510650, China; 3.State Key Laboratory of Soil and Sustainable Agriculture, Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China; 4. Key Laboratory of Arable Land Conservation (Middle and Lower Reaches of Yangtse River), Ministry of Agriculture and Rural Affairs of the People’s Republic of China, College of Resources and Environment, Huazhong Agricultural University, Wuhan 430070, China; 5. College of Resources and Environment, Fujian Agriculture and Forestry University, Fuzhou 350002, China; 6. Scholl of Environment and Energy, South China University of Technology, Guangzhou 510006, China; 7. Environmental Research Institute, South China Normal University, Guangzhou 510631, China)

Soil chemistry is an important and fundamental branch of soil science. On the basis of providing a historical overview of the progress of soil chemistry, this review exclusively summarized the most striking achievements in four innovative topics of soil chemistry and followed by analyzing the future research opportunities in soil chemistry with particularly emphasizing multidisciplinary coordination. The study of soil chemistry originated from observing the ability of soils to exchange ions and evolved to the direction of soil electrochemistry, rhizosphere/soil chemistry, interfacial processes of soil minerals, organic matters, and microorganisms that have been gradually led by China. Being the center of the community of this new era, China has particularly made an immense breakthrough in intercrossing soil chemistry with microbiology, geochemistry, mineralogy, and environmental chemistry. Moreover, the innovation of in-situ, real-time, and high-resolved analytical techniques including synchrotron radiation-based spectroscopy, microfluidic modulation spectroscopy, high-resolution microscopy, and spectroelectrochemistry, has remarkably advanced the progress of soil chemistry. There are three key aspects determining the destiny of soil chemistry in the coming decade: 1) explore the soil chemistry mechanism in the matter cycles and energy exchange in the Earth surface system, to achieve an original breakthrough from “0 to 1” in soil chemistry; 2) on the basis of the Earth surface theory, the exploration of the mechanisms of biogeochemical cycles and energy exchange in the complex system is likely by the coupling of multi-interfaces, elements, and processes, and a breakthrough toward originality in soil chemistry can be expected; 3) finally and also importantly, future research in soil chemistry should be built upon the national needs and priorities for constructing ecological civilization, battling for soil pollution and global change.

Soil chemistry; Plant nutrition chemistry; Bioelectrochemistry; Reaction kinetics; Interfacial reaction; Soil mineral

S153

A

10.11766/trxb202003300103

李芳柏，徐仁扣，譚文峰，周順桂，劉同旭，石振清，方利平，劉承帥，劉芳華，李曉敏，馮雄漢，吳云當. 新時代土壤化學前沿進展與展望[J]. 土壤學報，2020，57（5）：1088–1104.

LI Fangbai，XU Renkou，TAN Wenfeng，ZHOU Shungui，LIU Tongxu，SHI Zhenqing，FANG Liping，LIU Chengshuai，LIU Fanghua，LI Xiaomin，FENG Xionghan，WU Yundang. The Frontier and Perspectives of Soil Chemistry in the New Era [J]. Acta Pedologica Sinica，2020，57（5）：1088–1104.

* 國際（地區）合作與交流項目（41420104007）Supported by the International（Regional）Joint Research Project（No. 41420104007）

，E-mail：cefbli@soil.gd.cn

李芳柏（1968—），男，湖南人，博士，研究員，主要從事環境土壤學研究。E-mail: cefbli@soil.gd.cn

2020–03–30；

2020–05–09；

網絡首發日期（www.cnki.net）：2020–06–03

（責任編輯：陳德明）