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作者及研究机构
本研究的主要作者包括Dimitar Z. Epihov、Steven A. Banwart、Steve P. McGrath、David P. Martin、Isabella L. Steeley、Vicky Cobbold、Ilsa B. Kantola、Michael D. Masters、Evan H. DeLucia和David J. Beerling。研究由多个机构合作完成，包括英国谢菲尔德大学、利兹大学、洛桑研究所以及美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校等。该研究于2024年6月24日发表在《Environmental Science & Technology》期刊上。

学术背景
研究领域为环境科学与技术，具体聚焦于增强岩石风化（Enhanced Rock Weathering, ERW）技术及其在二氧化碳移除（Carbon Dioxide Removal, CDR）中的应用。ERW是一种通过向农业土壤中添加粉碎的硅酸盐岩石（如玄武岩）来加速自然风化过程，从而固定大气中二氧化碳的策略。尽管ERW已被证明具有潜力，但其效率和成本仍需进一步提高。本研究旨在通过操纵土壤中的铁螯合剂（如微生物铁载体和合成螯合剂EDDHA）来加速岩石风化，从而提高CDR效率并降低成本。

研究流程
研究分为多个步骤，结合了多组学分析、实验室溶解实验和田间试验土壤的孵化研究。
1. 多组学分析：从美国伊利诺伊州玉米带的ERW田间试验中采集玄武岩颗粒和周围土壤样本，进行RNA-seq宏转录组学和宏基因组学分析，以研究微生物群落中铁载体生物合成基因的表达情况。
2. 实验室溶解实验：在体外条件下，研究不同浓度的铁载体（如去铁胺B）和合成螯合剂EDDHA对玄武岩溶解速率的影响，并测量元素释放速率。
3. 土壤孵化实验：将EDDHA溶液与ERW田间试验土壤进行孵化，评估其对CDR速率的潜在提升作用。
4. 成本效益分析：基于实验室和田间数据，进行初步成本效益分析，评估EDDHA在降低ERW-CDR成本方面的潜力。

研究对象及样本量
- 多组学分析：玄武岩颗粒样本（n=16）和周围土壤样本（n=4）。
- 实验室溶解实验：玄武岩颗粒样本，每种处理设置4个重复（n=4）。
- 土壤孵化实验：土壤样本，每种处理设置3个重复（n=3）。

数据处理与分析
研究使用Illumina NovaSeq 6000系统进行高通量测序，并通过Galaxy Europe服务器进行数据分析。功能注释使用IRCyc-A蛋白数据库，并通过Diamond软件进行比对。实验室溶解实验的数据通过电感耦合等离子体质谱（ICP-MS）分析元素释放速率。土壤孵化实验的数据通过生物测定法和ICP-MS分析铁载体浓度和元素释放。

主要结果
1. 多组学分析：玄武岩颗粒上的微生物群落显著上调了铁载体生物合成基因的表达，尤其是去铁胺B和关节菌素相关基因。
2. 实验室溶解实验：低浓度的铁载体（1-40 μM）显著加速了玄武岩的溶解，铁释放速率提高了11-33倍。EDDHA也表现出类似的加速作用，且在750 μM浓度下，CDR速率提高了2.5倍。
3. 土壤孵化实验：EDDHA处理显著增加了土壤中微生物铁载体的产量，并促进了玄武岩的风化，CDR速率提高了3.3±0.6 t CO₂ ha⁻¹ year⁻¹。
4. 成本效益分析：应用EDDHA可将ERW-CDR成本降低至多77美元每吨CO₂，使其相对于其他CDR策略更具竞争力。

结论
本研究提出了一种通过操纵土壤中铁螯合剂来加速岩石风化的生物技术途径，显著提高了CDR效率并降低了成本。EDDHA的应用不仅增强了岩石风化，还通过促进微生物铁载体的生产进一步加速了风化反应。此外，EDDHA可能缓解因土壤pH升高导致的作物铁限制问题。

研究亮点
1. 重要发现：铁载体和EDDHA显著加速了玄武岩的溶解，提高了CDR速率。
2. 方法创新：结合多组学分析、实验室溶解实验和土壤孵化研究，全面评估了铁螯合剂在ERW中的作用。
3. 应用价值：EDDHA的应用具有显著的经济和环境效益，为大规模实施ERW技术提供了可行的解决方案。

其他有价值内容
研究还探讨了EDDHA在农业中的潜在应用，包括提高作物产量和营养价值，以及缓解土壤中铁限制的问题。此外，研究提出了未来需要进行的田间试验，以进一步验证该技术的实际效果。