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Legacy Effects of Sorption Determine the Formation Efficiency of Mineral-Associated Soil Organic Matter
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2022-01-11 , DOI: 10.1021/acs.est.1c06880 Shuling Chen 1, 2, 3 , Thimo Klotzbücher 2 , Oliver J Lechtenfeld 4 , Hanlie Hong 3 , Chongxuan Liu 1 , Klaus Kaiser 2 , Christian Mikutta 5 , Robert Mikutta 2
Environmental Science & Technology ( IF 10.8 ) Pub Date : 2022-01-11 , DOI: 10.1021/acs.est.1c06880 Shuling Chen 1, 2, 3 , Thimo Klotzbücher 2 , Oliver J Lechtenfeld 4 , Hanlie Hong 3 , Chongxuan Liu 1 , Klaus Kaiser 2 , Christian Mikutta 5 , Robert Mikutta 2
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Sorption of dissolved organic matter (DOM) is one major pathway in the formation of mineral-associated organic matter (MOM), but there is little information on how previous sorption events feedback to later ones by leaving their imprint on mineral surfaces and solutions (“legacy effect”). In order to conceptualize the role of legacy effects in MOM formation, we conducted sequential sorption experiments with kaolinite and gibbsite as minerals and DOM derived from forest floor materials. The MOM formation efficiency leveled off upon repeated addition of identical DOM solutions to minerals due to the retention of highly sorptive organic molecules (primarily aromatic, nitrogen-poor, hydrogen-poor, and oxygen-rich molecules), which decreased the sorption site availability and simultaneously modified the mineral surface charge. Organic–organic interactions as postulated in multilayer models played a negligible role in MOM formation. Continued exchange between DOM and MOM molecules upon repeated sorption altered the DOM composition but not the MOM formation efficiencies. Sorption-induced depletion of high-affinity compounds from solutions further decreased the MOM formation efficiencies to pristine minerals. Overall, the interplay between the differential sorptivities of DOM components and the mineral surface chemistry explains the legacy effects that contribute to the regulation of fluxes and the distribution of organic matter in the soil.
中文翻译:
吸附的遗留效应决定了与矿物相关的土壤有机质的形成效率
溶解有机物 (DOM) 的吸附是形成矿物相关有机物 (MOM) 的主要途径之一,但关于先前的吸附事件如何通过在矿物表面和溶液上留下印记而反馈给后来的事件的信息很少(“遗留效应”)。为了概念化遗留效应在 MOM 形成中的作用,我们使用高岭石和三水铝石作为矿物和来自森林地面材料的 DOM 进行了连续吸附实验。由于高吸附性有机分子(主要是芳香族、贫氮、贫氢和富氧分子)的保留,在向矿物中重复添加相同的 DOM 溶液后,MOM 形成效率趋于平稳,这降低了吸附位点的可用性和同时改变了矿物表面电荷。多层模型中假设的有机 - 有机相互作用在 MOM 形成中的作用可以忽略不计。重复吸附后 DOM 和 MOM 分子之间的持续交换改变了 DOM 的组成,但没有改变 MOM 的形成效率。吸附引起的溶液中高亲和力化合物的消耗进一步降低了原始矿物的 MOM 形成效率。总体而言,DOM 组分的不同吸附性和矿物表面化学之间的相互作用解释了有助于调节通量和土壤中有机物分布的遗留效应。吸附引起的溶液中高亲和力化合物的消耗进一步降低了原始矿物的 MOM 形成效率。总体而言,DOM 组分的不同吸附性和矿物表面化学之间的相互作用解释了有助于调节通量和土壤中有机物分布的遗留效应。吸附引起的溶液中高亲和力化合物的消耗进一步降低了原始矿物的 MOM 形成效率。总体而言,DOM 组分的不同吸附性和矿物表面化学之间的相互作用解释了有助于调节通量和土壤中有机物分布的遗留效应。
更新日期:2022-02-01
中文翻译:
吸附的遗留效应决定了与矿物相关的土壤有机质的形成效率
溶解有机物 (DOM) 的吸附是形成矿物相关有机物 (MOM) 的主要途径之一,但关于先前的吸附事件如何通过在矿物表面和溶液上留下印记而反馈给后来的事件的信息很少(“遗留效应”)。为了概念化遗留效应在 MOM 形成中的作用,我们使用高岭石和三水铝石作为矿物和来自森林地面材料的 DOM 进行了连续吸附实验。由于高吸附性有机分子(主要是芳香族、贫氮、贫氢和富氧分子)的保留,在向矿物中重复添加相同的 DOM 溶液后,MOM 形成效率趋于平稳,这降低了吸附位点的可用性和同时改变了矿物表面电荷。多层模型中假设的有机 - 有机相互作用在 MOM 形成中的作用可以忽略不计。重复吸附后 DOM 和 MOM 分子之间的持续交换改变了 DOM 的组成,但没有改变 MOM 的形成效率。吸附引起的溶液中高亲和力化合物的消耗进一步降低了原始矿物的 MOM 形成效率。总体而言,DOM 组分的不同吸附性和矿物表面化学之间的相互作用解释了有助于调节通量和土壤中有机物分布的遗留效应。吸附引起的溶液中高亲和力化合物的消耗进一步降低了原始矿物的 MOM 形成效率。总体而言,DOM 组分的不同吸附性和矿物表面化学之间的相互作用解释了有助于调节通量和土壤中有机物分布的遗留效应。吸附引起的溶液中高亲和力化合物的消耗进一步降低了原始矿物的 MOM 形成效率。总体而言,DOM 组分的不同吸附性和矿物表面化学之间的相互作用解释了有助于调节通量和土壤中有机物分布的遗留效应。