一、DGT創(chuàng)新性研究
第—作者：李財，盛虎
通訊作者：趙國強
第—/通訊單位：中國科學院南京地理與湖泊研究所（湖泊與流域水安全全國重點實驗室）
DOI：10.1038/s41467-025-59637-x
文獻導讀
近日，中國科學院南京地理與湖泊研究所趙國強及合作者在國際期刊《Nature》子刊《Nature Communications》（影響因子14.7）上發(fā)表重要研究成果，研究團隊利用薄膜擴散梯度技術（DGT/DET）、電化學表征和同步輻射等先進技術，系統(tǒng)揭示了水生植物根系晝夜節(jié)律性泌氧如何激活土壤中熱力學穩(wěn)定態(tài)鐵礦物，進而促進磷的釋放與植物吸收的關鍵過程與機制。
研究亮點
機制創(chuàng)新：發(fā)現(xiàn)ROL通過晝夜氧化-還原循環(huán)(晝間氧化Fe2+→Fe3+，夜間還原Fe3+→Fe2+)誘導鐵礦物動態(tài)轉化，形成RMPS(如水鐵礦)，其電子交換容量(EEC)達3.2 mmol e-/g，是根際土壤的1.6倍。
技術突破：研究團隊基于 DGT 技術原理構建擴散凝膠膜成像系統(tǒng)，實現(xiàn)了對根際土壤和沉積物中活性磷和可溶性鐵分布的可視化監(jiān)測。同時，將DGT與激光剝蝕-電感耦合等離子體質譜（LA-ICPMS）聯(lián)用，精準捕捉鐵斑中鐵、磷元素的動態(tài)變化。數(shù)據(jù)顯示，植物根系在晝夜交替中，通過徑向氧損失（ROL）驅動鐵、磷元素呈現(xiàn)同步波動：白天光照下，根際土壤和沉積物可溶性 Fe (II) 濃度升高；夜間缺氧時，F(xiàn)e (II) 快速釋放至孔隙水。這一發(fā)現(xiàn)不僅完善了學界對植物 - 土壤元素交互機制的認知空白，更凸顯了 DGT 技術在微觀環(huán)境過程研究中的優(yōu)勢。
應用潛力：提出通過調控稻田干濕交替灌溉增強氧化還原波動，激活土壤遺留磷庫，減少磷肥依賴。
全球意義：量化ROL激活的磷釋放量(0.2 Mt/年)，相當于全球稻田磷肥投入量的8.7%(2.3 Mt/年)，年經(jīng)濟價值達5.2億美元，其中印度(0.15億)和中國(0.08億)受益最大。
Li., Nat. Commun., 2025
水生植物根際區(qū)域磷和鐵的晝夜波動變化。a. 晝夜節(jié)律性徑向氧損失（ROL）通過反應性礦物相（RMPs）增強磷生物有效性的示意圖。b. 實驗設置中根系的攝影圖像。c, d. 利用擴散梯度薄膜成像系統(tǒng)對根際活性磷和可溶性鐵（Fe(II)）濃度的晝夜波動進行可視化。e, f. 根際氧含量和氧化還原電位的晝夜變化。g. 根際pH值的時間動態(tài)變化。
結論
研究人員發(fā)現(xiàn)，在水生植物根際區(qū)域普遍存在但此前被忽視的晝夜節(jié)律性ROL誘導的氧化還原波動，可激活熱力學穩(wěn)定的鐵礦物，從而顯著提升磷的生物可利用性。ROL引發(fā)的周期性氧化還原過程促使根際周圍形成高度氧化還原活性RMPs，可在晝夜交替的氧環(huán)境中高效地將土壤中的可用磷轉運至根際孔隙水中。在頻繁發(fā)生氧化還原波動的區(qū)域，如湖泊-流域消落帶、水稻田、海岸帶、地下水潛水層等，可能是RMPs的形成的活躍地帶，成為磷活化的重要熱區(qū)。
Li, C., Sheng, H., Tan, M. et al. Rhythmic radial oxygen loss enhances soil phosphorus bioavailability. Nat Commun 16, 4413 (2025).
二、DGT技術簡介
作為國內 DGT 技術產(chǎn)業(yè)化推廣的先導者，智感環(huán)境的DGT技術產(chǎn)品自2010年開始發(fā)展，至2017年形成完備的產(chǎn)品體系，2022年起便專注于該技術的標準化應用推廣。由智感環(huán)境團隊主持與參與制定的2項DGT團體標準于2024年正式實施，為行業(yè)發(fā)展樹立榜樣。智感環(huán)境的DGT系列產(chǎn)品經(jīng)過超千次環(huán)境模擬測試，在高空間分辨率、低檢測限、強抗干擾能力和多指標同步監(jiān)測等方面均已實現(xiàn)性能大幅度提升。
【技術簡介】薄膜擴散梯度采樣技術（DGT）：水體/土壤/沉積物中30余種營養(yǎng)鹽、重金屬以及稀土元素的原位監(jiān)測
產(chǎn)學研合作
今后，智感環(huán)境將積極把握契機，繼續(xù)深化與高校院所的產(chǎn)學研合作，在保持產(chǎn)品核心性能優(yōu)勢的基礎上，針對科研機構、環(huán)保企業(yè)等不同用戶需求，提供定制化技術解決方案。無論是復雜環(huán)境下的長期生態(tài)監(jiān)測，還是突發(fā)性污染事件的應急響應，智感環(huán)境都將以成熟的產(chǎn)品體系與專業(yè)技術服務，推動 DGT 技術在更多應用場景中落地生根，為環(huán)境治理與科研創(chuàng)新注入源源不斷的動力。
咨詢電話