热带农业土壤黏土中钙的形态分布与溶解特性及其对植物营养的调控机制

针对热带酸性土壤中钙(Ca)形态与有效性认知不足的问题，研究人员通过X射线吸收近边结构(XANES)光谱和连续提取技术，揭示了2:1型黏土矿物(伊利石-蒙脱石、蒙脱石)与有机钙(Ca-单宁酸、Ca-柠檬酸)共同主导钙赋存形态，交换态钙占比高达62%。该研究为热带农业钙管理提供了分子水平依据。

　　

在热带农业生态系统中，钙(Ca)作为植物必需营养元素却面临特殊困境——尽管酸性土壤普遍存在钙缺乏现象，但植物缺钙症状却鲜少显现。这种"隐性饥饿"背后，是人们对热带土壤中钙赋存形态与溶解机制认知的严重不足。传统观点认为1:1型高岭石是热带土壤主要黏土矿物，但最新证据表明2:1型黏土矿物可能扮演更重要角色。与此同时，热带地区快速的有机质分解速率是否会影响钙-有机复合体的稳定性，以及这些过程如何调控钙的生物有效性，成为亟待解决的科学问题。

泰国农业大学的研究团队在《Applied Clay Science》发表的研究，通过创新性地结合同步辐射X射线吸收近边结构(XANES)光谱和连续化学提取法，首次系统解析了热带土壤黏土组分中钙的分子形态分布与溶解特性。研究选取泰国那空叻差是玛府34个农田的101份土壤样本，涵盖不同深度(0-60 cm)的强酸性至弱碱性土壤(pH 3.8-7.8)，采用先进的光谱技术和化学分级手段，揭示了钙在热带土壤中的赋存规律。

关键技术方法包括：(1)建立新型钙K边XANES参考光谱库，包含黏土吸附钙(Ca-高岭石、Ca-贝得石等)和有机钙复合体(Ca-单宁酸等)；(2)五步连续提取法区分交换态、碳酸盐结合态等钙组分；(3)同步辐射光源测定土壤黏土钙形态。样本来源于泰国主要木薯种植区的淋溶土、强淋溶土和铁铝土。

土壤理化性质
研究土壤呈现典型热带特征：pH均值5.9，有机质含量1.2-29 g kg^-1，阳离子交换量(CEC)0.98-36 cmol_c kg^-1。黏土矿物组成分析显示2:1型与1:1型矿物共存，为后续钙形态研究提供物质基础。

钙K边XANES光谱在土壤黏土钙形态分析的适用性
创新构建的参考光谱揭示：2:1型黏土矿物(伊利石-蒙脱石、蒙脱石)的钙吸附光谱特征高度相似，难以通过XANES区分；而Ca-高岭石与碳酸钙光谱重叠度达90%，证实传统矿物学预期可能存在偏差。

主要研究发现
XANES定量分析显示：无机钙(黏土吸附钙)与有机钙(Ca-配体)占比近乎均等(59% vs 41%)。具体形态构成为：伊利石-蒙脱石吸附钙(28%)、蒙脱石吸附钙(27%)、Ca-单宁酸(20%)和Ca-柠檬酸(21%)。值得注意的是，碳酸钙和高岭石吸附钙对光谱拟合无贡献，颠覆了热带土壤钙赋存的传统认知。

连续提取结果表明：交换态钙占总钙62%，显著高于有机质结合态(10%)、碳酸盐结合态(8%)等组分。这种高度可交换特性解释了热带土壤中钙的快速周转机制，也表明2:1型黏土矿物比传统认为的1:1型高岭石更具钙保持潜力。

结论与意义
该研究首次证实：在快速有机质分解的热带环境中，2:1型黏土矿物与有机钙复合体共同构成钙的主要"储库"。Wantana Klysubun团队提出创新性假说——2:1型黏土矿物通过形成Clay-Ca-OM三元复合体调控钙的长期有效性，这种机制可能弥补高分解速率导致的有机钙损失。

研究成果为热带农业钙管理提供了分子层面的理论支撑：(1)修正了高岭石主导钙吸附的传统观点，强调2:1型黏土矿物的关键作用；(2)揭示有机-无机复合钙库的协同维持机制；(3)建立的XANES分析方法为土壤元素形态研究提供新范式。这些发现对酸性土壤改良剂选择、钙肥施用策略优化具有重要指导价值，尤其为木薯等热带作物可持续生产提供科学依据。