地球土壤中的碳含量是大氣中碳含量的三倍以上，但是土壤的固碳過程尚不為人所知。一項新的研究描述了一種突破性的方法，這種方法可以在近原子尺度上成像土壤固碳的物理和化學相互作用，並取得了有意義的結果。這項研究發表在11月30日的《自然通訊》雜誌上。該研究得到了美國國家科學基金會、慕尼黑工業大學高等研究院、Andrew W.Mellon 基金會和康奈爾農業與生命科學學院校友基金會的資助。

研究人員利用低溫電子顯微技術和電子能量損失譜（EELS）技術，展示了有機–有機介面的相互作用，而非僅限於有機–礦物介面。這種方法將奈米空間解析度與有機-礦物和有機-有機介面上解析碳鍵環境變化的能力結合起來，避免了使用C基樹脂。因為C基樹脂通常難以解釋原生土壤C含量，且不易與外界環境相結合。透過電子顯微鏡和電子能量損失譜技術，能夠在不改變空間結構的情況下直接視覺化和分析土壤中有機相和礦物相之間的介面。透過該方法，在有機–有機介面上檢測到奈米級的碳形態層，發現烷基碳和氮分別富集4%和7%。在有機–礦物介面，氮的富集率為88%，氧化碳的富集率為33%。這兩種介面型別的氮富集表明富氮殘基對於碳固存具有更重要的意義。

在這個解析度下，研究人員首次證明了土壤中的碳與礦物質以及來自有機物質的其他形式的碳的相互作用。以前的成像研究只指出土壤中碳和礦物之間的層狀相互作用。

由於新技術的解析度接近原子尺度，研究人員不確定他們所觀察的化合物是什麼，但他們懷疑土壤中發現的碳可能來自土壤微生物和微生物細胞壁產生的代謝物。該技術揭示了這些有機介面周圍的碳層。研究還表明，氮在促進有機和礦物介面之間的化學相互作用方面發揮了重要作用。

編譯機構：北京市農林科學院農業資訊與經濟研究所