실리콘 (SI)은 우주에서 7 번째로 가장 풍부한 요소이므로 지구의 거의 모든 곳에서 찾을 수 있습니다. 그렇기 때문에 수화 된 비정질 실리카 (SIO2 · n 의 합성을 위해 수많은 유기체가 모노머 실리 산 (H4SIO4)을 사용하도록 진화 적으로 적응한다는 것은 놀라운 일이 아닙니다. H2O) 생체 실리화라는 과정에서. 비정질 실리카 구조의 잘 알려진 예는 소위 Frustules 인 규조류의 껍질입니다.
덜 알려진 또 다른 예는 단세포 고환 아모에 바의 껍질입니다. 수많은 테스트 아메바 분류군은 쉘 구조에 사용되는 단일 규산질 빌딩 블록 (소위 이디오 솜)을 합성합니다.
그들의 기원에 따르면, 합성 된 생물 실리카 (BSI) 구조는 미생물 (박테리아, 곰팡이), 식물성 (식물), 프로 틱 (규조류, 아메바) 및 토양의 Zeti (스폰지) BSI 풀을 나타냅니다. BSI 풀은 SI 사이클링에 영향을 미치고, 따라서 두 사이클이 전 세계적으로 연결되어 있기 때문에 탄소 사이클링에도 영향을 미치는 것으로 확인되었습니다. 지상에서 수생 생태계로 용해 된 SI의 플럭스는 해양 구조의 생식을 통제합니다 (Frustule Synthesis의 경우 SI가 필요하기 때문에)은 해양에서 바다의 바이오 매스의 최대 54%가 나타나기 때문에 광전자를 통해 대량의 이산화탄소를 고정하는 능력으로 인해 기후 변화에 중요한 영향을 미칩니다. SI 플럭스는 BSI 풀에 의해 크게 제어됩니다. BSI 구조는 실리케이트 광물, 즉 토양의 비 생성 SI 공급원에 비해 훨씬 더 용해되기 때문입니다.
또한, BSI는 토양에서 쉽게 또는 식물을 이용할 수있는 SI (즉, H4SIO4)의 공급원으로서 농업 생체 시스템에 특히 중요한 요소로서 중요한 역할을한다. SI는 식물에 대한 유리한 영향, 즉 식물 성장 증가 및 비 생물 적 및 생물 스트레스에 대한 저항성으로 인해 AAPFCO (American Plant Food Control Officials) 협회 (AAPFCO)에 의해 식물에 유익한 물질로 분류됩니다. 식물의 합성 된 규산질 구조는 식물성이라고하며, 주로 sio2 · n 로 만들어집니다. H2O는 또한 유기물 및 다양한 원소, 예를 들어 알루미늄, 칼슘, 철, 망간 및 인을 포함합니다. 식물의 Si 함량은 식물 종에 따라 건조 질량 당 약 0.1-10% SI에 따라 상당히 다릅니다. 건조 질량 당 si 함량에 따라 식물은 세 그룹으로 나눌 수 있습니다.
- 비 쿠뮬레이터 또는 제외 장치 (건조 질량 당 si 함량 <0.5%)
- 중간 축적기 (건조 질량 당 si 함량 0.5-1%)
- 축적기 (건조 질량 당 si 함량> 1%)
지구 크러스트의 대다수 (> 90 vol.%)는 sio2로 구성되지만 공장으로 이용할 수있는 Si는 종종 H4SIO4로 인해 토양이 종종 제한되어 있습니다.
- 점토 미네랄 형성 동안 비교적 부동산 알루미늄 (및 미성분 - 철 및 마그네슘)과 반응합니다. 그리고
- 는 특히 농업 토양에서 강우와 관개의 기능으로 침출됩니다.
또한, 인산염의 함량은 인산염 및 H4SIO4가 토양에서 동등한 흡착 부위와 경쟁하기 때문에 SI 이용 가능성에 영향을 미칩니다. 토지 이용 강화 (임업, 농업)로 인해 인간은 전 세계적으로 SI 순환에 직접 영향을 미칩니다. 이러한 맥락에서, 특히 수확 된 작물에 의한 SI 수출 (대부분은 SI 축적자)과 침식 률이 증가하면 일반적으로 농업 토양에서 SI 손실이 발생합니다 (=인위적 탈선). 기후 변화 외에도 전 세계 인구 증가와 자원 감소 인 인위적 탈선은 현대 농업의 큰 도전 중 하나입니다. 예를 들어, 현장 작물의 수확은 매년 최대 100kg의 Si 손실을 유발합니다. 전 세계적으로, 총 식물성 BSI의 약 35%가 비교적 높은 SI 함량과 바이오 매스로 인해 현장 작물에 의해 합성되며,이 비율은 향후 수십 년 내에 농업 생산이 증가함에 따라 증가 할 것입니다.
.BSI 풀이 토양에서 Si 플럭스 및 식물을 이용할 수있는 Si 분획을 제어하는 방법에 대한 더 깊은 이해를 위해, BSI 용해 동역학에 대한 정보는 중요하며, 이는 피톨라디아와 같은 BSI 구조의 물리 화학적 표면 특성에 의해 영향을 받는다. 우리의 작품에서 나의 동료 Martin과 나는 공 초점 레이저 스캐닝 현미경 (CLSM), FTIR (Fourier 변환 적외선)뿐만 아니라 확산 반사 적외선 푸리에 변환 (드리프트) 분광기를 사용하여 생물 실리카 구조의 물리 화학적 표면 특성을 분석했습니다.
.이러한 현미경 구조의 분석을 위해, 우리는 현미경 (소위 드리프트 현미경)과 결합 된 드리프트 분광계를 사용하여 µm 스케일에서도 적외선 분광법을 적용 할 수있었습니다. CLSM 및 드리프트 현미경의 장점은 (i) 손상되지 않은 샘플에서 직접 측정 할 수 있고 (ii) 동일한 샘플을 검사 후 추가 분석에 사용될 수 있다는 것입니다. 두 방법 모두 비파괴 적이기 때문에 (샘플이 미세의 근거가되는 FTIR 분광법과 대조적이기 때문에)
.우리의 연구에서, 우리는 분광학 (전송 FTIR, 드리프트 현미경) 및 미세한 (CLSM) 기술의 (i) 신선한 (토양에서 직접 추출 된) 및 노화 된 (토양에서 추출 된) phytoliths 및 (II)의 물리 화학적 표면 특성의 단기 변화 및 (I) 및 (II), 물리학 적 표면 특성의 적합성 (I)의 물리 화학적 표면 특성의 단기 변화 및 (I)의 적합성을 평가하는 것을 목표로했다. 아메바 껍질과 식물성. 본 발명자들은 (i) BSI 기원 (식물 또는 단세포 유기체에 의해 합성 된 BSI) 및 (ii) 물리 화학적 표면 특성의 연령 관련 차이 (이미 몇 년 후에 이미) 가설을 세웠다.
우리의 가설을 테스트하기 위해, 우리는 토양과 식물 샘플을 인공 집수 ( 'Chicken Creek'이라고 함)로 가져 갔으며, 2005 년에 인공적으로 만들어졌으며 처음부터 생태계 개발에 대한 조사를 위해 무제한 및 관리되지 않은 승계를 유지했습니다. 연구 현장 치킨 크릭 (Chicken Creek)을 통해 전송 FTIR, 드리프트 현미경 및 CLSM의 조합으로 비교적 젊은 (약 10 년) 토양 및 식물 샘플을 분석 할 수있었습니다. 우리의 우리의 결과는 분광 및 현미경 기술이 일반적으로 (i) 식물의 물리 화학적 표면 특성 (신선한 식물성 표면 특성의 단기 변화 변화에 적합하다는 것을 보여 주었다. 식물.
우리는 드리프트 현미경 및 CLSM이 전송 FTIR에 대한 유망한 대안을 나타내는 것으로 나타났습니다. 이러한 방법은 토양에서 BSI 품질 (즉, BSI의 연령 및 기원)에 대한 상세한 평가를 허용하는 단일 식물성, amoeba 껍질, 또는 규조류 곡물과 같은 선택된 단일 BSI 구조를 분석 할 수 있기 때문입니다. 상이한 방해받지 않고 방해받지 않은 지상 생물 지 시스템에서 BSI 자격과 BSI 풀 정량화의 조합은 일반적으로 SI 사이클링을위한 BSI 풀의 역할과 특히 인간의 영향을 더 잘 이해할 수있게 해줄 것이다.
