论文推荐 || 地衣和地衣酸与岩石矿物风化及其机制研究进展

宋金凤等 南京林业大学学

岩石矿物风化是在地球表面发生的一种普遍且重要的地球化学过程，分为物理风化、化学风化和生物风化 3 种类型。岩石表面存在着大量生物，这些生物不但直接参与岩石矿物的分解破坏，其生命活动还加强了岩石矿物的物理和化学风化作用，所以岩石矿物的生物风化作用备受关注。

与植物和动物相比，自然界的微生物种类复杂、数量极多，其对岩石分解所起的作用尤为引人关注。研究发现，岩石矿物的生物风化主要由真菌等微生物完成，作为真菌和藻类共同组成的生物体———地衣，对岩石矿物的生物风化、原始森林土壤的物理和化学形成过程均有显著的促进效应。

地衣真菌等微生物引起的岩石矿物生物风化过程，包括早期的森林成土过程，主要通过其分泌的地衣酸类物质 (简称地衣酸) 来实现。地衣酸是参与岩石矿物风化极其重要的生物成分，坚硬的岩石演化成具有生物活性、疏松多孔的森林土壤，要经过极其复杂的风化过程和成土过程。地衣酸与岩石矿物的相互作用能破坏矿物晶格，改变矿物性质,促使新矿物形成，从根本上改变土壤母质的物理、化学和生物化学性质,促进原始土壤的形成和演化。一般认为，黏土矿物的演化过程总体上反映了土壤的形成过程，而地衣酸能促使原生矿物分解，并促进次生黏土矿物形成。

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题 目

地衣和地衣酸与岩石矿物风化及其机制研究进展

基金项目

国家自然科学基金项目；中央高校基本科研业务费专项资金资助项目

作 者

宋金凤1，汝佳鑫1，张红光2，曹　楷3，崔晓阳1?

1.东北林业大学林学院,森林生态系统可持续经营教育部重点实验室；2.东北林业大学帽儿山实验林场；3.大庆万方经济开发公司

关键词

地衣；地衣酸；岩石矿物生物风化；络合作用

?引文格式：

[1]宋金凤,汝佳鑫,张红光,等.地衣和地衣酸与岩石矿物风化及其机制研究进展[J].南京林业大学学 (自然科学版),2019,43(4):169-177.DOI:10. 3969/ j. issn. 1000-2006. 201806030SONG J F,RU J X,ZHANG H G,et al.Research progress on lichens,lichenic acids,rock and mineral weathering and its mechanisms[J].Journal of Nanjing Forestry University(Natural Sciences Edition),2019,43(4):169-177.

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摘 要

岩石矿物风化是地球表面发生的最重要化学现象之一，其中生物风化备受关注。对地衣及地衣真菌分泌的地衣酸类物质 (简称地衣酸) 在岩石矿物风化中的作用及机制进行综合述评，从而为科学评价地衣和地衣酸在森林 (特别是寒温带) 生态系统中的作用提供理论依据。地衣通过物理和化学方式显著诱导并加速岩石矿物的风化进程，即同时具有生物物理风化和生物化学风化两方面作用，而后者更为重要。在地衣诱导的岩石矿物风化过程中，地衣依其共生真菌 / 藻类特异性分泌的地衣酸起主导作用，无论是在野外还是实验室条件下，地衣酸都是岩石矿物生物风化的主要作用力。地衣酸对岩石矿物的风化机制包括质子促进效应和络合促进效应两方面，特别是地衣酸能与岩石矿物中的盐基离子形成可溶性螯合物，从而引起岩石矿物的强烈溶蚀。

▲裸岩表面着生的地衣和景天类植物（大兴安岭呼中区碧水镇）

▲大兴安岭高寒林区的地衣–森林生态系统，其活地被物主要由地衣、苔藓等低等植物组成

（大兴安岭呼中自然保护区）

1 促进岩石风化的地衣种类

自然条件下，诱发岩石矿物生物化学风化的地衣很多，已 道的地衣种类涉及 13 个科、18 个属 (表 1)。

▼表 1　促进岩石矿物风化的地衣种类

2 地衣生物风化作用的化学物质

▲一些地衣中检出的地衣酸

由于地衣共生的特殊性，其含有的多种次生代谢产物构成天然有机化合物独特的类群,地衣酸类物质 (简称地衣酸) 就是其中一类。每种地衣都依其共生真菌 / 藻类特异性分泌一系列地衣酸，这些物质为地衣所专有，约占地衣干质量的8%。国内外学者已从不同的地衣中检测出约 25 种地衣酸 (表 2)，这些地衣酸常沉积于地衣菌丝细胞表面，广义上涉及两类物质,既包括传统概念上的特异性大分子地衣酸，也涉及某些低分子有机酸，如草酸、酒石酸、琥珀酸、苹果酸、乙酸、柠檬酸等。

▼表 2　地衣中检出的地衣酸

2.1 大分子地衣酸

大分子地衣酸包括缩酚酸类 (depsides) 和缩酚酸环醚类 (depsidones) 两类物质 ，以松萝酸为主，占原植体干质量的 4% ~ 8%。很多地衣中已鉴定出大分子地衣酸 (表 3)。大分子地衣酸分泌量与环境条件等密切相关，一般在污染的工矿区分泌量增加 。例如，对于 Zn/ Pb 污染区的分枝石蕊和灰白癞屑衣 (表 1) 等两种地衣，其体内地衣酸含量较高时，地衣对重金属的抗性较强，进入地衣体内的 Zn2+和 Pb2+则较低。

▼表 3　地衣中的一些大分子地衣酸