土壤中硼的存在形态和分布是制约植物吸收利用硼的关键，同时这个过程也会造成区域环境硼同位素平衡的改变。认识土壤有效硼组成和同位素特征，对揭示植物-土壤体系硼的吸收利用、迁移转化规律具有非常重要的意义，当前有效硼的分离萃取技术是制约土壤中有效硼同位素应用研究的瓶颈。
在国家自然科学基金、山东省自然科学基金等课题的资助下，我院土壤化学与污染修复团队孙爱德教授、董玉良副教授等通过将水热萃取技术和串接离子交换色谱技术相结合，建立了土壤中有效硼同位素的分离分析方法，这种方法能适用于TIMS和MC-ICP-MS测试硼同位素组成的要求。土壤中有效硼的分离及同位素分析测试流程如图1所示。
图1 土壤中有效硼的分离及其同位素分析流程图
采用这种方法，研究了棕壤和褐土两个天然土壤剖面的有效硼同位素及含量的地球化学特征，见图2和图3。图2中，除了最底层点的差异外（最大的含量和最高的δ11B值），其他位置的δ11B值均小于0，表明了10B在有效硼中相对富集，而且其值的变化范围相对较小（Δδ11B = 0.74‰，趋近于0‰），也说明了保水性差异变化相近。
在图3中，δ11B的变化将剖面明显分成了3个层，顶层部分中，表层第一个点的δ11B易受植被掉落物的影响，表现出异常值之外，其他位置与底层部分一样，有效硼含量的变化和同位素组成具有非常强的正相关性，随深度变化，含量增加，同位素组成变大。中间层变现出相反的趋势，表明这些土壤层的来源存在较大的差异。土壤中硼同位素的变化受到多种土壤理化性质的影响，如pH、有机质组成等，这些都能够引起土壤有效硼同位素产生不同的同位素分馏效应，相关的研究尚需进一步深入。
图2 棕壤剖面有效硼含量和同位素组成随深度的变化
图3 褐土剖面有效硼含量和同位素组成随深度的变化
相关研究成果发表在Top期刊Journal of Agricultural and Food Chemistry （Aide Sun, Dianda Gou, Yuliang Dong, Qingcai Xu, Guangjie Cao, Extraction and analysis of available boron isotopes in soil using multi-collector inductively coupled plasma mass spectrometry, Journal of Agricultural and Food Chemistry, 2109, 67(25), 7183-7189, DOI: 10.1021/acs.jafc.9b01455）。
我院孙爱德教授为本文第一作者兼通讯作者。
排版| 李昱达
