山东省农业科学院高新昊、谭德水、李宗新团队论文 || 土壤碳汇新武器:调控表面活性剂“打包参数”,打造超强有机蒙脱石

题目：Tuning surfactant packing parameter optimizes the stabilization of soil organic carbon by Organo-bentonite

中文翻译：调控表面活性剂打包参数优化有机膨润土对土壤有机碳的稳定化作用

期刊：Journal of Colloid and Interface Science (1区，9.7）

时间：2026-07-01

作者：Yuwen Shen, Bohan Cheng, Bing Liu, Shuying Jiao, Xinhao Gao（高新昊）, Hongcui Dai, Jinling Lv, Deshui Tan（谭德水）, Zongxin Li

单位：山东省农业科学院；山东农业大学；河南省农业科学院

研究背景：土壤有机碳（SOC）的固持对增强土壤肥力和缓解气候变化至关重要。虽然土壤矿物能较好地稳定亲水性有机物，但富含烷基的疏水性有机碳部分与矿物表面的亲和力较弱，极易被微生物降解。膨润土（主要成分为蒙脱石）具有良好的固碳潜力，但其天然的亲水性限制了对疏水性 SOC 的有效吸附。通过阳离子表面活性剂修饰，可将矿物表面由亲水转变为疏水，形成具备双重稳定机制的有机膨润土。然而，如何通过理性设计而非经验尝试来优化这种材料的固碳效率，仍是一个研究空白。

科学问题：表面活性剂的分子结构如何通过调控分子堆积参数（P）来影响有机膨润土的纳米结构，进而决定其对易分解SOC（富里酸）的吸附能力与稳定性？

研究方法：研究人员利用不同链长（C12-C18）和构型（单链及双链）的季铵盐表面活性剂制备了一系列有机膨润土。采用FT-IR、XRD、接触角测量及TG-DTG等手段表征材料特性。通过等温吸附实验评估对富里酸（FA）的吸附量。此外，结合60天土壤培养、小白菜盆栽实验以及分子动力学（MD）模拟，验证了材料在土壤环境中的固碳效果及微观作用机制 。

核心发现：

P值驱动吸附优化：较高的打包参数（P）促进了更致密的疏水域形成，其中双链DDAB 具有最高的P值（0.5-0.6），其修饰的膨润土吸附容量达到 428.93 mg/g。

热稳定性增强：高密度填充增强了吸附态富里酸的热稳定性，使主要分解峰显著延迟 。

显著固碳与促生：土壤培养显示，DDAB-Bent使累计碳矿化率比对照降低了40.18% ；盆栽实验中，该材料使总 SOC 增加 35.42%，矿物结合有机碳（MAOC）增加 51.76%，植物生物量增加 28% 。

微观机制阐明：MD模拟证实，高P值导致表面活性剂形成更紧密的聚集体，从而产生更强的吸附能 。

生态安全性：实验表明，该材料对土壤微生物群落多样性无显著副作用，且无植物毒性 。

链接：https://doi.org/10.1016/j.jcis.2026.140185