根系分泌物促进土壤矿物硅溶解的机制及其在植物抗逆与土壤形成中的作用

为解决植物可利用硅(Si)在土壤中溶解度低的问题，研究人员探究了有机根系分泌物化合物(ORECs)对土壤和矿物中硅溶解的影响。通过比较三种ORECs（柠檬酸盐、草酸盐和儿茶酚）在6种土壤和11种矿物中的提取效率，发现ORECs可显著提高硅溶解度（最高达11倍），且不同化合物对不同硅库的溶解效率存在差异。该研究揭示了ORECs通过配体促进溶解(M2)和直接硅络合(M1)等机制增强硅释放，为理解植物-土壤-矿物互作及硅生物地球化学循环提供了新见解。

　　

硅(Si)作为植物的有益元素，能够增强作物对干旱、病害等非生物和生物胁迫的抗性。然而，土壤中植物可直接吸收的单硅酸(H₄
SiO₄
)浓度极低，主要依赖硅从矿物和土壤固相中的溶解释放。尽管已有研究表明根系分泌的有机化合物可能促进硅溶解，但不同有机根系分泌物化合物(ORECs)对不同硅库的溶解机制仍不明确。奥地利自然资源与生命科学大学等机构的研究人员通过系统实验，揭示了儿茶酚、柠檬酸盐和草酸盐三类ORECs对土壤和矿物硅溶解的差异化效应，相关成果发表在《Geoderma》上。

研究采用7种初级矿物（如钠长石、黑云母）、4种次生黏土矿物（如高岭石、蒙脱石）和6种奥地利典型土壤，以5 mmol L^?1
的生理浓度提取2小时，通过ICP-OES测定硅及其他元素溶出量。关键方法包括：非缓冲提取模拟真实根际环境；X射线衍射(XRD)分析矿物组成；计算OREC的[H⁺
][Si]^?1
平衡评估质子溶解贡献；通过Si/Al和Si/Fe摩尔比解析溶解机制。

硅在初级矿物中的溶解
儿茶酚和柠檬酸盐显著提高硅溶解度（黑云母中达12倍），而草酸盐因与Ca/Mg形成沉淀而效果较弱。铁镁矿物（如辉石）中儿茶酚通过还原溶解(M4)释放更多Fe和Si，证实其双重作用机制。

硅在次生黏土矿物中的溶解
儿茶酚表现出最高效率（绿泥石中8.7倍），其高Si/Al比（31.0±17.6）表明直接攻击硅氧四面体层(M1)。柠檬酸盐通过络合八面体层Al促进溶解，而草酸盐因高pH(>9)抑制吸附导致效率最低。

硅在土壤中的溶解
草酸盐在黏土含量高的土壤（如土壤6）中效果最显著（18倍），与柠檬酸盐协同溶解非晶态硅库。相关性分析显示硅溶出与黏粒含量正相关（r=0.930**），而与有机碳(SOC)负相关，证实矿物-有机质互作调控硅生物有效性。

讨论与意义
该研究首次系统比较了ORECs对不同硅库的溶解路径：儿茶酚主导矿物溶解（M1+M4），柠檬酸盐广谱有效（M2），草酸盐偏好土壤非晶态硅。这一发现阐明了植物通过分泌特定化合物活化硅的策略，为开发基于根际过程的硅肥增效技术提供理论依据。此外，ORECs驱动的矿物风化加速了硅的地球化学循环，对理解土壤形成和碳封存具有重要启示。研究建议未来关注混合ORECs的协同效应及植物在缺硅胁迫下的分泌物调控机制。