aes 应用和环境土壤学 1687 - 7675 1687 - 7667 Hindawi 10.1155 / 2020/8087273 8087273 评论文章 白蚁巢穴的纳米级有机矿质复合体的研究进展和相关的土壤:系统回顾 https://orcid.org/0000 - 0003 - 4636 - 2843 法国埃兹 彼得·N。 1 Kokwe Atlasaone 2 法国埃兹 朱丽叶U。 3 Miano 特奥多罗·M。 1 地球和环境科学 博茨瓦纳国际科技大学 私人包016 Palapye 博茨瓦纳 biust.ac.bw 2 环境科学学系 博茨瓦纳大学 哈博罗内 博茨瓦纳 ub.bw 3 生物科学和生物技术 博茨瓦纳国际科技大学 Palapye 博茨瓦纳 biust.ac.bw 2020年 19 3 2020年 2020年 06 12 2019年 18 02 2020年 19 3 2020年 2020年 版权©2020年彼得·n法国埃兹等。 这是一个开放的文章在知识共享归属许可下发布的,它允许无限制的使用,分布和繁殖在任何媒介,提供最初的工作是正确的引用。

白蚁是充满自然纳米颗粒,他们在物理化学变化,地球化学、矿物学和生物属性从邻近的土壤。白蚁虽然有广泛的生态环境的角色包括土壤形成、动物区系和植被生长和多样性,有机质分解、地球化学勘查,水调查、地下污染、温度调节、气体交换,和全球气候变化,其纳米结构由相关的有机矿质复合体仍知之甚少,因为技术上的限制。在本文中,我们强调白蚁的生态和环境意义和记录技术,已经成功用于研究白蚁巢穴的纳米结构,即midinfrared光谱学(大鹏),摄影测量和横断面图像分析、透射电子显微镜(TEM)和热解场电离质谱(Py-FIMS),扫描透射x射线显微镜(STXM)使用同步加速器辐射与靠近边缘x射线吸收精细结构(NEXAFS)光谱,和高分辨率魔角旋转核磁共振(HR-MAS NMR)进行进一步的评估。需要不断开发和集成纳米技术与常规经典土壤分析方法来改善我们的理解白蚁巢穴的奈米结构的功能机制,负责特定属性。白蚁的众多角色中环境,农业,和工程,没有更好的时间通道多研究了解他们在纳米尺度函数。

 1。介绍

大量的微生物和动物物种构成和生活土壤,从细菌到宏观生物包括昆虫。白蚁是在最成功的土壤生物居住在南极洲之外的大部分陆地( 1),与非洲白蚁(拥有最多的真菌生长 2]。白蚁占据约40 - 60%生物量的宏观动物群在热带地区( 3估计非洲大草原生物量的)和70 - 110公斤·哈̵1使他们最丰富的宏观动物群在土壤中。他们通常分为(i)地上的(地面,通常栖息在树上的)或地下的(地下),(2)饲料主要为木材、垃圾、或腐殖质,(3)构造不同的巢穴,(iv)培养真菌( 4]。白蚁构建生物结构,保护他们免受捕食者等不同的角色,环境危害和湿度。

白蚁构造成堆的改造土壤,土壤地下运输到地球表面。作为土壤的工程师,他们构建白蚁画廊和可能影响土壤微生物的组成部分( 5),因为他们修改土壤环境和影响其他生物。他们施工技术根据环境条件不同,物种,他们喂养习惯。在一项由Jouquet et al。 6)来确定白蚁的确切深度收集土壤,他们发现大教堂成堆属性一样在96厘米和变性土铁铝土49厘米。为透镜状丘比大教堂在30厘米浅铁铝土和变性土64厘米。土壤食动物粪便(Termitinae)建立结构的无机材料,而真菌生长白蚁(Microtermitinae)构建土壤和粘土和巩固了唾液分泌物。基本结构是由矿物矩阵与唾液和粪便混合(有机矿质复合体),添加C和N营养。这些有机矿质巢墙结构稳定性差。

白蚁(图 1)被发现在热带和亚热带的 7, 8),构成地球的1/6 ( 9]。几项研究一直在世界各地进行不同的白蚁种类成堆及其物理化学性质,分布,和管理实践(例如, 10- - - - - - 13])。过去四年见证了一个越来越明显的趋势在出版物主要集中在白蚁的角色在生态系统功能 14- - - - - - 17]。除了各种生态系统功能,科学家们已经探索了白蚁巢穴的角色在其他服务包括气体交换和温度调节、地球化学勘查、仿生学,和全球气候变化。白蚁机制功能和了解他们的特定属性的形成需要一个检查白蚁在微纳米尺度。缺乏适当的方法来进行这样的研究一直十分关注的在土壤生态学家。综述,我们一起编织白蚁的特性与周围土壤和轮廓可用的各种最近的技术进步研究白蚁的纳米级结构,负责他们的属性。

一个 Macrotermes堆在Palapye,中央博茨瓦纳(照片:彼得·n法国埃兹)。

 2。突出Building白蚁种﹐分布于热带环境

全球约2600种白蚁存在白蚁多样性最高的发现在非洲 5]。最丰富的物种在非洲是litter-feeding白蚁, Macrotermes( 13]。这个物种收集粘土颗粒土壤深处层,在土壤表面。由于粘土,其结构通常是抵抗恶劣的天气条件,粘土矿物给抵抗结构的表面性质如凝聚力和胶结的大大小的粒子。这些物种保护他们的殖民地和结构大教堂和圆顶状 11]。中部非洲国家主要物种的特征 Macrotermes falciger源于卢本巴希在刚果民主共和国的东南部。他们构建白蚁,可能高达10米,有史以来最高的堆高度所有非洲部分地区( 18]。他们发现在林地和主biodigesters在这个地区,因此卓越的高度。 Macrotermes falciger喜欢温暖湿润气候;因此他们通过构建适应关闭通风结构厚墙为了保持热量的代谢活动,而另一种白蚁, Reticulitermes flavipes(科勒),冬天变得不活跃,没有活动的地方( 19];他们并没有表现出任何的证据在寒冷的温度调节设置。他们内心深处移动地球表面和hibernate,他们变得不活跃在寒冷的季节。他们没有绝对的筑巢地点,可以使用任何网站,可以提供温暖和污水一样,日志,和热结构。 r . flavipes因此已经表明能够长期生存的低温在寒冷气候的范围( 19]。

Trinervitermes trinervoides整个南部非洲地区的物种被发现除了林波波河北部。他们的土堆圆顶状,可高达0.9米高。它们的特点是坚硬的外壳和潮湿的室内,信道在蜂窝样结构可以像46厘米深的地下。成堆关闭通风系统,这意味着他们没有留下任何空间在外部建筑结构。尽管他们是草矿车,他们不是真菌生长;因此,他们不需要调节温度的巢为真菌的生长。在高温的情况下,他们介绍水堆冷却。草碎片收集可用于隔离mound-interior以及提供恒定的食物来源。

两个 Macrotermes物种研究了康( 12), m . bellicosus和 m . subhyalinus,尼日利亚西部和南部的比率 m . bellicosus来 m . subhyalinus8.5比1。 m . bellicosus以成堆的高约195厘米,而 m . subhyalinus有一个大底座直径和更坚实。值得注意的是 m . bellicosus是最丰富的物种在尼日利亚热带大草原 20.]。他们堆高度可能大小80±10 m3和基础1.08±0.42米( 4]。特殊的白蚁种类不消化纤维素, m . herus,研究了Moe et al。 3]。这些物种生长真菌成堆,他们使用内部和外部的消化植物材料,因此释放养分和矿物质,然后被白蚁作为他们的饮食的一部分。 m . herus发现最丰富的白蚁种类Mburo国家公园南乌干达西部的生态系统。

巴西东北部白蚁有大量密集,直径约9米。成堆的突出的地貌。白蚁物种主要发现在这一领域 Syntermes dirus(Burmeister)。他们的土丘是圆形和命令之间的间距成堆成堆的控制温度。通常当土堆高约1.5米,他们可能出现被遗弃,而实际上他们仍然有其他白蚁和蚂蚁物种coinhabiting成堆。其他白蚁可能离开成堆,建立一个新的殖民地,因此解释密集成堆在这个区域( 21]。另一个物种, Odontotermes obesus,主要发现在印度 13),通常是已知构造大土冢可2米高( 11]。讨论了白蚁物种总数的绝不是详尽的物种存在,但简要讨论,因为他们的优势在热带土壤和风景。

 3所示。白蚁的特性与周围的土壤 3.1。物理化学性质

白蚁和其他邻近的土壤是由沙子,淤泥,粘土颗粒。然而,成堆已报告有较高的粘土含量比周围的土壤( 22, 23]。粘土矿物提高土壤稳定在某种程度上,他们把它们粘在一起的粒子之间形成强烈的联系。细颗粒向表面迁移的活动也有助于创建毛孔,提高总体稳定。白蚁在评估改良土壤的性质,Asawalam和约翰逊( 24)报道,改良土壤结构有所改善,因此更多的曝气,更好的水渗透,减少作物根疾病与修改的邻土。

白蚁在化学营养通常比周围的土壤。铵(NH提供营养4+),硝酸盐(NO3−)和可交换阳离子(例如。、钙(Ca2 +),镁(毫克2 +),钾(K+)和钠(Na+)][ 25]。土壤有机质是一个重要的生化组成部分( 26, 27]。类似于粘土和铁氧化物,它在土壤团聚体的形成中扮演重要的角色作为粘合剂。尽管白蚁通常比周围的土壤有机质含量较少( 23, 28),他们有更高的铝、铁和钛含量以及它们的氧化物是有效的吸收材料( 28]。土壤有机质(SOM)被认为是粘合剂确保成堆的结构稳定性,但穷人白蚁巢穴的有机质含量表明SOM的作用可以忽略,粘土可以被认为是负责结构稳定性的主要因素 Macrotermes成堆( 29日]。有一些报道,土壤动物对土壤肥力的贡献进行评估。一些现存的农民在非洲使用白蚁的存在作为土壤肥力的一个信号 30.]。其他人可能会尽量收集堆材料和传播他们在现场改善土壤性质以及增加土地的肥力。

成堆的当地条件影响结构。相对来说,很少有研究已经进行了湿地,因为有比在低地成堆的高地 31日]。南部非洲的半干旱环境中研究表明,土壤侵蚀山冈上更倾向于酸性浓度较高的镁、钙、N和P与土壤发生的0.5米的距离边缘的侵蚀,不活跃,活跃的土堆( 32),一个明确的证据表明,building白蚁吃植物,改变土壤肥力和排水,因此产生干扰。在成堆的淋溶土 Macrotermes印度南部,北部老虎保护区森林发现低N和C,而铁铝土恰恰相反。总之,白蚁开发物理和化学性质,使他们在平衡与他们当前的环境 11]。

 3.2。白蚁巢穴的生物学性质

白蚁分为草、木、垃圾、喂养和土壤生物。他们可以消化垃圾约27% -90%,4% -13%的生物量高于地面 10]。 Macrotermes最丰富的非洲白蚁真菌生长的一个例子。这些白蚁窝真菌生长,因此释放白蚁的生物基本N和P。垃圾也可以提高土壤有机质。与消化木质素的能力从杂草和其他市政废物,研究表明,它们可以用来治疗这一过程被称为vermicomposting(固体废物的 33]。Termigradation这个术语用于描述白蚁处理固体废物的使用。除了能力消化木质素,白蚁有大欲望,这意味着它们可以消耗大量的浪费时间 34]。

因为他们有强大的分工,只有工人可以消化木质素,他们也不会繁殖。即使他们有一个特殊字符的消化木质素,他们很难文化和可能无法生存,如果他们是分开他们的殖民地。这可能是一个挑战vermicomposting。一项由Andrianjaka et al。 35]给出了详细的使用堆粉用于控制植物寄生虫和用于植物。Cubitermes丘粉分布在高粱幼苗的时候,它给增长率的增加。这是由于白蚁的施肥潜力由于矿物质(N和P)。在热带森林,白蚁的生物活性是明显的在垃圾,一些垃圾被埋在他们的结构,因此添加有机物质。他们的勇气是碱性,一项功能,允许他们分解顽固的材料。

 3.3。地球化学和矿物学特性

由于白蚁建立他们与粘土从地下收集成堆,它们的地球化学组成和矿物学可能是也可能不是白蚁巢穴的不同从他们周围的土壤。然而,一些研究表明,地球化学成分有差异和粘土矿物学在土堆和周围的土壤。稀土元素和微量元素包括B,铁、锰、镍、铜、锌、硒、钼,光盘内容据说白蚁高相比,周围的土壤。这浓缩表明可能的外部供应的丰富材料或积累 原位下伏基岩的风化产品( 36]。同样,钛、锆浓缩在白蚁很常见,这可能归因于黑云母的分解 Macrotermes后续版本的钛、锆成堆,暗示白蚁的固有能力改变土壤矿物质和提高化学风化作用[ 36, 37]。在网站研究了Mujinya et al。 38],高岭石是更加丰富,石英、钾长石和赤铁矿,比周围的土壤。白蚁参与转换的钾长石高岭石和有机金属配合物的合成 8]。白蚁用于习俗的黑猩猩Mahale山国家公园,坦桑尼亚,白蚁表明,相对较高的铝(10.0%)、铁(3.0%)和钠(0.5%)比周围土壤和这个相关的矿物学粘土(< 2 μ米)的一部分,这是高metahalloysite, 1: 1 (Si:艾尔= 1:1)粘土矿物粘土矿物高岭石相似的化学成分,和蒙脱石(蒙脱石),这是一个2:1可扩展的粘土矿物。制药Kaopectate™,物质从metahalloysite和蒙脱石的组合,获得广泛用作止泻的代理( 39]。

 4所示。角色的白蚁生态系统功能

白蚁是众所周知的生态角色土壤生态学家,很多研究已经完成在这多年来(例如, 40- - - - - - 43])。本文不涉及这和读者被称为白蚁所提供的生态系统服务的审查Jouquet et al。 17]。突出角色的白蚁生态系统包括生物扰动作用的积极参与和成土作用,有机垃圾降解和分解,水渗透和径流和土壤侵蚀、有机质和养分循环、土壤动物和微生物多样性和植被生长和多样性。白蚁在干旱和半干旱环境中进一步施加更多的影响,他们的一个主要土壤宏观无脊椎动物通过生物结构的建筑,包括成堆的分解者,薄膜,与不同的物理化学性质和画廊。中没有讨论其他生态环境意义的白蚁Jouquet et al。 17下面突出显示)。

 5。白蚁和地球化学勘查

白蚁积极参与土壤发生时钻到地下的视野和土壤材料向上移动时(生物扰动作用)构建成堆。通过这种机制,白蚁运输矿石矿物沉积从地下到土壤表面。斯图尔特和阿南德( 44)报道,一些金属指标通过食物营养达到的结果。在进行的一项研究在花园,澳大利亚西部,非盟在成堆的存款 Tumulitermes坟墓是检查。盟成矿的十亿分之7.4使用高分辨率检测粒子诱导x射线发射(PIXE)映射和扫描电子显微镜(SEM)图像耦合能量色散x射线(EDX)分析。Calcite-rich片段与非盟也发现和非盟土丘上随深度增加到20磅。这是因为矿物粒子可能会稀释土壤碎片从浅地区向上移动。一项研究在埃塞俄比亚北部的土壤主要是石质土白蚁专注于使用在地球化学勘查。矿物之间的正相关关系在白蚁和基岩观察,因此被认为是一个简单的方法检测矿物质在埃塞俄比亚北部等发展中地区厚到基岩风化层使其不安。有高度的相关性对黄金、铜和锰,分别和媒介相关银。负相关记录锌、钴和镍 45]。因此得出结论,白蚁可以用来在某些矿物地球化学勘查。

 6。地下的水处理和水的调查

砷是一种有害的化学物质,对人体健康造成长期影响。影响可能是永久性的和致命的皮肤损伤和皮肤,肺癌,膀胱癌。科学家们寻找方法来去除砷在地下水安全消费。一些方法是吸附、溶剂萃取和铁交换。Fufa et al。 28)报道,这些方法是昂贵的,不得适用于许多领域尤其是发展中国家较低的国内生产总值(GDP)。白蚁的使用已经到位去除砷在地下水。高铝、钛和铁氧化物矿物白蚁巢穴的内容提高吸附的污染物。白蚁已经成功地用于去除铬( 46)、铅( 47)、锌( 48),而多环芳烃(PAH) [ 49]。

埃塞俄比亚西北部的特点是大玄武岩堤坝所观察到的ASTER多光谱图像( 50]。这些垂直的堤坝收集径流水启用的裂缝密度;因此,越来越多的植被和河及其支流发现沿着堤坝。大约20个土冢沿着堤坝,没有观察到在熔岩流。因此认为,科学家们利用白蚁识别堤坝在他们的研究。成堆的圆顶状,有固定的间距,1.5 - 2米高,约有1400 - 2400种白蚁丘。也观察到,成堆的建造者是不高于2米。根据观察结果( 50)、白蚁建造他们的成堆堤坝附近包含水;因此,容易获得水分。白蚁用水调节堆温度,并结合粘土更稳定的总体结构和真菌培养真菌生长白蚁。一些白蚁种类如 Ballicositermes natalensis可以钻很多米低于地下水寻找水分。冷却堆不高的二氧化碳排放。水可以通过白蚁分布三个渠道和存储在两个主要水库的水位。水是暂时存储在堤坝,最终填满水位。正是因为这一原因,白蚁堤坝附近建造成堆的持续可用性即使在旱季水分。

 7所示。温度调节、气体交换和全球气候变化

白蚁巢穴的形状都是由栖息地和丘的功能。丢失或产生的热量也会由堆的形状决定的。在草原生物群落,有干旱的气候,则通常是由薄的墙壁让空气逃脱鸟巢。再次在气温凉爽的森林则是由通过丘与厚墙,以减少热损失。温度影响白蚁的人口密度的差异。白蚁发展长期内部堆温度控制更容易控制外部温度( 51]。温暖的温度与更高的土堆和高繁殖有关。 Macrotermes falciger在刚果民主共和国住在森林环境中,它是温暖和潮湿。为了应对气候变化,他们构建堆积在一个封闭的穹顶结构厚墙和低表面积。这样的安排有助于保持其结构温暖和潮湿与周围的环境进行有效的气体交换。他们更喜欢±30°C的温度 18]。当有气体交换和低温低,代谢率降低,因此低生产,反之亦然。这个物种 Macrotermes bellicosus使其内部温度约为30°C全年最佳真菌生长。全面讨论不同的白蚁种类以及它们如何调节温度是描述字段和邓肯( 51]。大白蚁有高温保留能力比小土堆,因为面积和代谢活动的水平。他们更绝缘和代谢活动的增加,意味着更多的热量生产。

研究表明,降雨和气温气候影响的主要积极因素白蚁的分布在大面积( 52]。大气中高浓度的温室气体导致全球气温的增加。白蚁释放甲烷气体来源于发酵的有机物质( 53]在成堆的建设。约1/3的甲烷释放从自然资源包括海洋和白蚁三分之二来自人造像燃烧生物质来源。每年,大约580 Tg的甲烷是由白蚁( 9]。草原生物群落覆盖30%的全球植被和大约61%的宏观无脊椎动物和白蚁包括住在这个生态区。白蚁的两种喂养模式,土壤喂养,以植物为食的植物部分(木材、树叶、草等),确保白蚁消化食物通过厌氧发酵产生甲烷。土壤食动物产生更多的甲烷( 54]。白蚁贡献2%和0.2之间的有限公司2草原生物群落和大约30%的甲烷。亚洲仅覆盖着世界12%的萨凡纳( 55]。不同的研究人员报道不同的甲烷排放值的变化因素或参数用来测量排放,例如,粪便内容和缺乏测量排放领域( 9]。一项研究从沥青等。 54)表明,全球排放的甲烷白蚁是0.3%到1.5%的全球甲烷。贾玛利et al。 9)报道,5至19%的全球甲烷是由白蚁。据说提到结果都低于估计由联合国政府间气候变化专门委员会( 56]。这些统计数字显示,温室气体(特别是甲烷)的比例由白蚁在大气中,尽管统计数据受到质疑,认为是高估了。温暖的温度导致更多的甲烷生产白蚁,所以增加全球温度将导致更多的生产由白蚁。打扰白蚁产生更多的有限公司2比他们通常会做 57]。另一方面,白蚁可能被视为害虫。人们在世界的某些地方使用低成本技术用于天气预报白蚁气候指标。的存在和丰富地下白蚁可能表明将出现严重的干旱 57]。白蚁因此强烈与人类环境的温度调节,气体交换,和全球气候变化现象。

 8。白蚁的研究在纳米级,一个有价值的研究方向?

从结构的角度来看,土壤材料多尺度的特性和属性为每个规模水平。正是在这样的背景下,Zinck [ 58)使用了层次模型(表 1土壤)介绍一些基本概念。土壤物质被认为是在其基本形式的分子和分子在纳米粒子的组合。

土壤系统的分层的水平( 58]。

水平 单位 概念 土壤特性
纳米 nm - μ米 粒子 土壤的基本反应
微 μm-mm 总 微形结构
内消旋 mm-cm-dm 地平线 分化的土壤材料
宏 米 单个土体 土壤容积描述和抽样
大型 m-km Polypedon 土壤分类和映射(geo)土壤的景观

土壤物质的基本反应包括化学(解,水解、碳化、水合作用和氧化还原),机械包装(类型和类型的面料(如絮凝的、胶体、分散和聚合面料)),和物理化学反应是基于粘土和腐殖质的胶体性质( 59]。这些反应控制重要的地表过程包括化学风化成土作用,污染物运输、养分有效性、群众运动和其他土壤侵蚀现象在土壤和风景。

在21世纪,新进展仪表铺设的方式为科学家研究对象的规模1∼100一米的1000000000,称为纳米级( 60]。大多数自然白蚁巢穴的组件是纳米粒子包括腐殖质物质,层状硅酸盐粘土、铁(hdr)氧化物和水铁矿。纳米粒子在营养生物利用度起着至关重要的作用,污染物运输、和白蚁巢穴的结构稳定性 61年)和调解生物地球化学过程与全球相关性,如营业额的重要温室气体甲烷(CH4)。然而,复杂的内部和外部形态的白蚁阻碍气体排放的一个精确的定量描述。了解白蚁不同大小的属性和功能的现有的在全球范围内,一个现实的照片整个固体和孔隙(void)结构是基础。然而,由于空间和时间的变化白蚁的性质由不同物种在不同的土壤,大多数分析技术都有各自的缺点和白蚁巢穴仅提供有限的理解系统。获得更全面的了解白蚁的纳米级结构,土壤科学家,多年来,已经采取方法从考试在偏光显微镜下薄片白蚁的手样本(例如, 62年])。在微观形态学方法中,薄片原状样品的准备,与蓝色彩色聚酯树脂浸渍后( 63年白蚁)之后,微形的特点是传输纯光下观察,而iso -和各向异性的材料,和双折射面料的好材料,在偏振光下观察到。光学显微镜可以为生物提供micropedological证据形成的微观结构( 64年, 65年)、粒度测定法和孔隙度( 8]。随着科学技术的进步,更健壮的技术检查白蚁巢穴的纳米结构的演变。这些方法包括以下。

8.1。Midinfrared光谱学(大鹏)

这是一个非常快速、高通量的方法描述材料的化学成分包括白蚁。应用这种方法,样本白蚁扩散的照明和反射的光(电磁辐射)在窄波段测量范围4000 - 400厘米−1(2500 - 25000 nm)和由此产生的光谱特征总结吸收多少能量在每个波长。记录的光谱特征对土壤有机矿质成分的巨大的白蚁丘。大鹏展翅的吸收率特性还可以提供关于白蚁的分子结构的详细信息,例如,有机物质质量。在工作分析的生化指纹白蚁殖民地(士兵和轻度和重度工作者)和区分白蚁殖民地殖民地之间的地理距离和/或他们的年龄,作者在 66年)成功地应用中红外光谱(2500 - 25000海里)。技术进一步凸显了白蚁殖民地的生理状态之间的关系和他们的环境。建立土壤和白蚁参数之间的相关性和大鹏变量、统计程序包括主成分分析(PCA)和偏最小二乘回归(PLSR)经常使用 66年, 67年]。米尔可以提供一个额外的优势提供一种快速、低成本、非破坏性的方法分析土壤不使用化学物质。

 8.2。摄影测量和横断面图像分析

理解复杂的内部和外部形态的白蚁丘为了正确量化甲烷,Naeur et al。 68年)提出了一种新颖的方法,结合了摄影测量与横断面图像分析。白蚁丘参数包括面积、基底面积,和地上的体积测量重建3 d模型的数码照片和比较反对打白蚁近似的方法和传统的方法简单的几何形状。宏观和微孔率( θM和 θμ)介绍了白蚁的内部结构,宏观室的体积分数,分别在墙上和微观孔隙材料。与土壤样本,宏观和显微疏松代表白蚁的总孔隙度,表示大白蚁被水和空气的一部分。大孔隙度和孔隙分数被成功完成估计使用图像分析单白蚁丘横截面和比较完整的x射线计算机断层摄影(CT)扫描和评估导致的那个有个大白蚁的内部结构的差异。这本小说技术提高了CH的估计4排放到环境中,但呼吁更多的试验与白蚁从其他白蚁种类白蚁综合CT扫描显示,调查已经导致的 θM和 θμ但类似的总孔隙度。新的基于图像的方法允许快速、准确的定量描述白蚁回答生态、生理、和生物地球化学问题。摄影测量方法的成功证明,它可以应用于限制大错误时不一致的形状近似衡量温室气体排放从白蚁 68年]。

 8.3。透射电子显微镜(TEM)和热解场电离质谱(Py-FIMS)

在TEM,应用高能电子束反映薄金或铂涂层的白蚁丘,和电子和原子之间的相互作用可以用来观察在纳米特性。Pedofeatures在土壤基质孔隙和颗粒边界等可以在TEM观察到。TEM和Py-FIMS已经被用于更好地理解SOM的作用和无机胶体稳定的碳和氮在纳米尺度 69年]。观察TEM表明SOM在纳米尺度分数主要发生在有机矿质复合体还单独腐殖质物质结构形成了碳质单一网络链连接集群腐殖质物质和矿物质,从几纳米 μ米的大小( 69年]。

 8.4。扫描透射x射线显微镜(STXM)使用同步加速器辐射与靠近边缘x射线吸收精细结构(NEXAFS)光谱

解决现有的土壤聚合模型解释的方法论的限制碳(C)稳定在土壤和贫穷的量化有机碳的小规模的异质性,莱曼et al。 70年)发展一种技术应用STXM和NEXAFS调查(50纳米分辨率)形式在黑色C粒子和synchrotron-based FTIR光谱进行了比较。第一次,改变土壤微团聚体的纳米级biogeocomplexity解决使用STXM和C 1 s-nexafs,我们相信这也可以适用于白蚁。聚合和稳定的白蚁丘确定其应用外部压力下抵抗变形的能力。微团聚体的物理基础设施还在决定中起着基础性作用的化学阻挡C和C颗粒之间亲密的关系,化学稳定C,土壤矿物矩阵。显然,NEXAFS谱有很大潜力,提高我们对黑C属性的理解有重要意义的生物地球化学循环包括矿化黑色C在土壤和沉积物和C的吸附,营养,和污染物以及运输土壤圈、岩石圈、水圈、气氛( 70年, 71年]。

 8.5。高分辨魔角旋转核磁共振(HR-MAS NMR)

solid-aqueous接口的结构可以检查整个土壤的使用高分辨率魔角旋转核磁共振,辛普森et al。 72年]。这种方法允许应用程序的溶液NMR实验样品没有完全可溶性和含有固体,例如,土壤。识别的脂肪酸、脂肪族酯和醚/醇作为优秀的物种在土壤的solid-aqueous接口信号从糖和氨基酸,首次成为可能——组合后的一维或二维的HR-MAS NMR。因此,HR-MAS是一种很有前途的技术,可广泛适用于各种复杂环境样品不需要提取、预处理、或净化 72年]。

白蚁的普遍性在热带地区和半干旱环境,未来的研究在纳米粒子应该寻求理解水和气体在纳米孔的行为,nanotoxicity的机制,如何使用白蚁清理潜在有毒化学物质和污染物的食物网,以及土壤有机质的复杂的相互作用,mono -和多价离子,特别是微生物影响聚合和成土作用。

 9。结论

白蚁是常见的在世界的热带景观特性。他们是重要的生物结构由白蚁保护他们免受恶劣的环境条件。白蚁的大小和结构不同气候梯度和也依赖于所涉及的白蚁种类。白蚁不同物理、化学、生物和矿物特性从邻近的土壤。他们发挥着突出的作用在地下水处理、水文地质学、地球化学勘查、温度调节、气体交换,和全球气候变化。白蚁是充满了纳米粒子从有机矿质复合体,但是仍然存在方法论的限制多少检查白蚁可以通过土壤生态学家。在本文中,我们目前记录成功的技术,包括中红外光谱(大鹏),摄影测量和横断面图像分析、透射电子显微镜(TEM)和热解场电离质谱(Py-FIMS),扫描透射x射线显微镜(STXM)使用同步加速器辐射与靠近边缘x射线吸收精细结构(NEXAFS)光谱,和高分辨率魔角旋转核磁共振(HR-MAS NMR)。需要不断开发和集成纳米技术与常规经典土壤分析方法来改善我们的理解的功能机制有机矿质复合体的白蚁巢穴的奈米结构负责特定的属性。这将确保白蚁巢穴的正确使用和管理在实现农业、环境和工程壮举。

 的利益冲突

作者宣称没有利益冲突。

 Eggleton P。 Bignell D。 罗伊 Y。 罗 N。 介绍白蚁:生物学、分类和功能形态 白蚁的生物学:现代合成 2010年 荷兰多德雷赫特 施普林格 Arhin E。 Boadi 年代。 Esoah m . C。 识别探路者元素从大白蚁样本对黄金勘探Lawra带的风化层复杂的地形,NW加纳 非洲地球科学杂志》上 2015年 109年 143年 153年 10.1016 / j.jafrearsci.2015.05.022 2 - s2.0 - 84930958585 Moe s R。 Mobæk R。 Narmo 答:K。 building白蚁对草原植被的异质性 植物生态学 2009年 202年 1 31日 40 10.1007 / s11258 - 009 - 9575 - 6 2 - s2.0 - 63949084881 琼斯 j . A。 白蚁、土壤肥力和碳循环在干燥的热带非洲:一个假设 《热带生态学 1990年 6 3 291年 305年 10.1017 / s0266467400004533 2 - s2.0 - 0025639660 Makonde h . M。 Mwirichia R。 Osiemo Z。 Boga h . I。 ·可兰克 H.-P。 454 pyrosequencing-based评估白蚁肠道细菌多样性和群落结构的土堆和周围的土壤 SpringerPlus 2015年 4 1 10.1186 / s40064 - 015 - 1262 - 6 2 - s2.0 - 84940981755 Jouquet P。 癌症 l Bottinelli N。 乔杜里 E。 Cheik 年代。 Riotte J。 南印度巨大的白蚁丘土壤是从哪里来的? 应用土壤生态学 2017年 117 - 118 190年 195年 10.1016 / j.apsoil.2017.05.010 2 - s2.0 - 85019628094 法国埃兹 p . N。 特征、分类及土壤的成土作用Legon系列在阿克拉平原,加纳 2008年 阿克拉,加纳 加纳大学 m·菲尔论文 Millogo Y。 Hajjaji M。 莫雷尔 j . C。 白蚁材料的物理性质、微观结构和矿物学视为建筑材料 应用粘土科学 2011年 52 1 - 2 160年 164年 10.1016 / j.clay.2011.02.016 2 - s2.0 - 79953057701 贾玛利 H。 Livesley 美国J。 道斯 t . Z。 库克 g D。 Hutley l . B。 阿恩特 美国K。 周日在CH和季节性变化4通量从白蚁在热带稀树草原,北部地区的澳大利亚 农业和森林气象学 2011年 151年 11 1471年 1479年 10.1016 / j.agrformet.2010.06.009 2 - s2.0 - 80052279778 Menichetti l 蓝迪 l Nannipieri P。 凯特 T。 Kirchmann H。 Renella G。 化学性质和生化活动的殖民和废弃litter-feeding白蚁,( Macrotermesspp)铬始成土地区土墩博洛南部族的人,就高原,埃塞俄比亚 土壤圈 2014年 24 3 399年 407年 10.1016 / s1002 - 0160 (14) 60026 - 6 2 - s2.0 - 84899534475 Jouquet P。 Guilleux N。 癌症 l Chintakunta 年代。 Ameline M。 Shanbhag R R。 土壤土壤性质对白蚁的影响稳定 Geoderma 2016年 262年 45 51 10.1016 / j.geoderma.2015.08.020 2 - s2.0 - 84940214457 康 b . T。 一些生物因素对土壤的影响变化在热带地区 植物和土壤 2017年 50 1 - 3 241年 251年 10.1007 / s13762 - 019 - 02610 - 1 Shanbhag R R。 Kabbaj M。 Sundararaj R。 Jouquet P。 降雨和土壤特性影响大白蚁丰度和高度:一个案例研究与Odontotermes obesus, ( 大白蚁亚科)在印度西高止山脉森林成堆 应用土壤生态学 2017年 111年 33 38 10.1016 / j.apsoil.2016.11.011 2 - s2.0 - 85007456515 李 k . E。 木 t·G。 白蚁和土壤 1971年 英国伦敦 学术出版社 木 t·G。 金沙 w·A。 布莱恩 m V。 白蚁在生态系统的作用 生产生态蚂蚁和白蚁 1978年 英国剑桥 剑桥大学出版社 245年 292年 de Bruyn l Conacher a·J。 Corrigenda-the白蚁和蚂蚁在土壤中的作用modification-a审查 土壤的研究 1990年 28 1 55 93年 10.1071 / SR9900055 2 - s2.0 - 0025593026 Jouquet P。 特拉奥雷 年代。 Choosai C。 哈特曼 C。 Bignell D。 白蚁对生态系统功能的影响。白蚁提供的生态系统服务 欧洲的土壤生物学》杂志上 2011年 47 4 215年 222年 10.1016 / j.ejsobi.2011.05.005 2 - s2.0 - 79960588796 Erens H。 石香肠 M。 的事业心 F。 的年龄大白蚁mounds-radiocarbon约会Macrotermes falciger成堆的加丹加省的Miombo林地,刚果民主共和国 古地理学、古气候学、古生态学 2015年 435年 265年 271年 10.1016 / j.palaeo.2015.06.017 2 - s2.0 - 84936850929 卡布瑞拉 b . J。 Kamble s T。 的影响减少thermophotoperiod东部地下白蚁( 等翅目: 鼻白蚁科) 环境昆虫学 2001年 30. 2 166年 171年 10.1603 / 0046 - 225 x - 30.2.166 2 - s2.0 - 0034752433 安倍 美国年代。 山本 年代。 Wakatsuki T。 物理化学和白蚁的形态特性,( Macrotermes bellicosus)土堆和周围的单个土体toposequence内陆山谷的几内亚南部草原地带的尼日利亚 土壤科学和植物营养 2009年 55 4 514年 522年 10.1111 / j.1747-0765.2009.00396.x 2 - s2.0 - 68949162807 Funch R R。 白蚁在半干旱巴西东北部占主导地位的土地形式 《干旱的环境 2015年 122年 27 29日 10.1016 / j.jaridenv.2015.05.010 2 - s2.0 - 84935015044 西摩 c . L。 Milewski 答:V。 米尔斯 a·J。 大白蚁吗 Macrotermes微量元素集中在贫瘠的非洲热带稀树草原除了营养素? 土壤生物学和生物化学 2014年 68年 95年 105年 10.1016 / j.soilbio.2013.09.022 2 - s2.0 - 84885719305 Adhikary N。 Erens H。 Weemaels l 影响传播的白蚁丘材料铁铝土肥力,加丹加省,湄刚果 通信在土壤科学和植物分析 2016年 47 9 1089年 1100年 10.1080 / 00103624.2016.1166237 2 - s2.0 - 84969835008 Boeckx d . O。 约翰逊 年代。 物理和化学特性的土壤改良蚯蚓和白蚁 通信在土壤科学和植物分析 2007年 38 3 - 4 513年 521年 10.1080 / 00103620601174569 2 - s2.0 - 33847311438 Echezona b . C。 Igwe c。 评估不同的蚁巢媒体增长和大豆的产量 植物营养学杂志 2012年 35 11 1601年 1617年 10.1080 / 01904167.2012.698344 2 - s2.0 - 84864531657 Kebonye n·M。 法国埃兹 p . N。 Ahado 美国K。 约翰 K。 结构方程建模的微量元素之间的相互作用和土壤有机质在半干旱的土壤 国际环境科学与技术》杂志上 2020年 10.1007 / s13762 - 019 - 02610 - 1 Melero 年代。 波勒斯 j·c·R。 Herencia j·F。 Madejon E。 化学和生化性质在沙壤土土壤常规和有机管理 土壤和耕作研究 2006年 90年 1 - 2 162年 170年 10.1016 / j.still.2005.08.016 2 - s2.0 - 33747135357 Fufa F。 马约 E。 Lennartz B。 砷酸吸附的删除使用巨大的白蚁丘 环境管理杂志》 2014年 132年 188年 196年 10.1016 / j.jenvman.2013.10.018 2 - s2.0 - 84896925887 Jouquet P。 Tessier D。 理 M。 白蚁巢穴的土壤结构稳定性:粘土的作用 Macrotermes bellicosus, 等翅目, 大白蚁亚科堆土 欧洲的土壤生物学》杂志上 2004年 40 1 23 29日 10.1016 / j.ejsobi.2004.01.006 2 - s2.0 - 1842484828 Erens H。 Mujinya B . B。 的事业心 F。 的起源和影响soil-related属性内部的变化 Macrotermesfalciger成堆 Geoderma 2015年 249 - 250 40 50 10.1016 / j.geoderma.2015.03.003 2 - s2.0 - 84924565262 安倍 美国年代。 山本 年代。 Wakatsuki T。 土颗粒的选择,擅长构筑土墩的白蚁 Macrotermes bellicosus在砂壤土土系列尼日利亚热带稀树大草原 《热带生态学 2009年 25 4 449年 452年 10.1017 / S0266467409006142 2 - s2.0 - 69849098701 史密斯 f·R。 Yeaton r . I。 干扰,擅长构筑土墩的白蚁, Trinervitermes trinervoides 植物生态学 1998年 137年 1 41 53 Harit 答:K。 Gajalakshmi 年代。 Abbasi 美国一个。 研究人工白蚁殖民地的发展 生态与生态 2016年 26 4 301年 312年 10.1080 / 21658005.2016.1228731 2 - s2.0 - 84987862448 Abbasi 年代。 Gajalakshmi 年代。 都市固体废物的处理与原位termireactors:概念证明 生物和生物工艺 2015年 2 1 24 10.1186 / s40643 - 015 - 0050 - z 2 - s2.0 - 85046037335 Andrianjaka Z。 倍力 R。 理 M。 生物防治的 Striga hermonthica由Cubitermes白蚁粉修正案高粱文化 应用土壤生态学 2007年 37 3 175年 183年 10.1016 / j.apsoil.2007.03.001 2 - s2.0 - 34848858219 Sako 一个。 米尔斯 a·J。 Roychoudhury a . N。 白蚁巢穴的稀土和微量元素地球化学在中部和东北部纳米比亚:微量养料积累的机制 Geoderma 2009年 153年 1 - 2 217年 230年 10.1016 / j.geoderma.2009.08.011 2 - s2.0 - 70349230756 Kebonye n·M。 法国埃兹 p . N。 锆作为一个合适的参考元素估计潜在的有毒元素富集在附近污水排放处理 环境监测和评估 2019年 191年 11 705年 10.1007 / s10661 - 019 - 7812 - 6 Mujinya B . B。 的事业心 F。 Erens H。 粘土成分和性质在卢本巴希的白蚁,湄刚果 Geoderma 2013年 192年 304年 315年 10.1016 / j.geoderma.2012.08.010 2 - s2.0 - 84869132246 范Ranst w . C。 汉考克 r·g·V。 Aufreiter 年代。 霍夫曼 m·A。 地球化学和粘土矿物学白蚁作用的土壤和习俗的黑猩猩Mahale山脉,坦桑尼亚 灵长类动物 1996年 37 2 121年 134年 10.1007 / BF02381400 2 - s2.0 - 0003001095 黑色的 h . i . J。 Okwakol m . j . N。 农业集约化、土壤生物多样性和农业生态系统功能在热带地区:白蚁的角色 应用土壤生态学 1997年 6 1 37 53 10.1016 / s0929 - 1393 (96) 00153 - 9 2 - s2.0 - 0031402811 俱乐部, j . M。 麦卡锡 t·S。 埃勒里 w . N。 ,擅长构筑土墩的白蚁 Macrotermes michaelseni作为一个生态系统工程师 《热带生态学 1998年 14 4 507年 520年 10.1017 / S0266467498000364 2 - s2.0 - 0031720625 Bignell d E。 Eggleton P。 白蚁在生态系统 白蚁:进化、社会性的昆虫生态学 2000年 荷兰多德雷赫特 施普林格 363年 387年 Freymann了 b P。 Buitenwerf R。 Desouza O。 Olff H。 白蚁的重要性( 等翅目)回收的食草动物的粪便在热带生态系统:一个回顾 欧洲昆虫学杂志 2008年 105年 2 165年 173年 10.14411 / eje.2008.025 2 - s2.0 - 44649084402 斯图尔特 答:D。 阿南德 R R。 在虫巢结构异常花园金矿:调查mound-forming白蚁、地下白蚁和蚂蚁 《地球化学勘查 2014年 140年 77年 86年 10.1016 / j.gexplo.2014.02.011 2 - s2.0 - 84899937008 Kebede F。 地球化学勘查中使用白蚁在北埃塞俄比亚 非洲地球科学杂志》上 2004年 40 1 - 2 101年 103年 10.1016 / j.jafrearsci.2004.06.002 2 - s2.0 - 13644277870 Araujo b R。 里斯 j . o . M。 Rezende 依P。 应用白蚁巢的吸附铬(VI) 环境管理杂志》 2013年 129年 216年 223年 10.1016 / j.jenvman.2013.07.004 2 - s2.0 - 84882802495 总部设在abdus salam N。 Itiola 答:D。 白蚁的潜在应用Pb (II)的吸附和去除水的解决方案 伊朗化学学会杂志》上 2012年 9 3 373年 382年 10.1007 / s13738 - 011 - 0047 - 2 2 - s2.0 - 84863686133 总部设在abdus salam N。 贝罗 m . O。 动力学、热力学和铅和锌离子的竞争吸附到巨大的白蚁丘 国际环境科学与技术》杂志上 2015年 12 11 3417年 3426年 10.1007 / s13762 - 015 - 0769 - 2 2 - s2.0 - 84942876371 证明 W。 阿梅龙 W。 克劳斯 M。 Martius C。 Bandeira 一个。 加西亚 M。 多环芳烃(PAH)的模式在气候上不同生态区域的巴西 有机地球化学 2003年 34 10 1405年 1417年 10.1016 / s0146 - 6380 (03) 00137 - 2 2 - s2.0 - 0141725373 Mege D。 Rango T。 永久存储在玄武岩地下水堤坝骨折和白蚁生存能力 非洲地球科学杂志》上 2010年 57 1 - 2 127年 142年 10.1016 / j.jafrearsci.2009.07.014 2 - s2.0 - 77953615108 场 m·A。 邓肯 f . D。 体温调节发生在成堆的收割机白蚁, Trinervitermes trinervoides(sjostedt) ( 等翅目: 白蚁科)? 非洲昆虫学 2013年 21 1 45 57 10.4001 / 003.021.0110 2 - s2.0 - 84876160006 城堡内 d E。 分布在乌干达白蚁和丰富的大 《应用生态学》杂志上 1977年 14 2 465年 475年 10.2307 / 2402559 罗兰德 C。 布鲁曼 一个。 Labat M。 理 M。 营养影响因素从白蚁甲烷排放 光化层 1993年 26 1 - 4 617年 622年 10.1016 / 0045 - 6535 (93)90447 - d 2 - s2.0 - 0027406528 布瑞亚 O。 Guillou统计 C。 Reniero F。 和田 E。 全球甲烷循环:同位素和混合比率,源和汇 同位素在环境与健康的研究 2001年 37 4 257年 379年 10.1080 / 10256010108033302 2 - s2.0 - 1842869107 赫克曼 J·J。 样本选择偏差作为一个规范的错误 费雪 1979年 47 1 153年 161年 10.2307 / 1912352 帕乔里 r·K。 雷 一个。 联合国政府间气候变化专门委员会第四次评估报告 2007年 瑞士日内瓦 联合国政府间气候变化专门委员会 Taru J。 Chazovachii B。 农村家庭的生计多样化津巴布韦通过白蚁利用率在萧条的地区 中国人口资源与环境》杂志上 2015年 13 4 373年 378年 10.1080 / 10042857.2015.1113649 2 - s2.0 - 84971434539 Zinck j . A。 自然地理学和土壤。课堂讲稿 1988年 荷兰恩斯赫德 国际航天测量与地球科学研究所(ITC) Zinck j . A。 地质土壤学。课堂讲稿 2013年 荷兰恩斯赫德 国际航天测量与地球科学研究所(ITC) 莫里斯 p。 黄 p . M。 李 Y。 萨姆纳 m E。 土壤中纳米科学和技术科学 土壤科学手册:资源管理和环境影响 2012年 纽约,纽约,美国 CRC的新闻 吴 y Q。 张 y F。 黄 X X。 郭 j·K。 制备层状的纳米α氧化铝颗粒 陶瓷国际 2001年 27 3 265年 268年 10.1016 / s0272 - 8842 (00) 00074 - 2 2 - s2.0 - 0035063758 Cosarinsky m . I。 中华民国 F。 邻居切叶蚁和白蚁擅长构筑土墩:比较微观形态学筑巢 Geoderma 2007年 141年 3 - 4 224年 234年 10.1016 / j.geoderma.2007.06.006 2 - s2.0 - 34548412641 墨菲 c·P。 土壤和沉积物的薄片的制备 1986年 英国玛娜 AB学术出版商 Schaefer c·e·R。 巴西砖红壤和B层微观结构作为长期生物结构 土壤的研究 2001年 39 5 909年 926年 10.1071 / SR00093 2 - s2.0 - 0034772237 de Oliveira f·S。 Varajao a . f . d . C。 Varajao C·a·C。 Schaefer c·e·g·R。 Boulange B。 生物制剂的作用在铝的微观结构和矿物转换红壤的存款在巴西中部 Geoderma 2014年 226 - 227 250年 259年 10.1016 / j.geoderma.2014.02.012 2 - s2.0 - 84898682471 Jouquet P。 潘多省 一个。 Aroui H。 Harit 一个。 Capowiez Y。 Bottinelli N。 中红外光谱的证据(大鹏)的生化指纹Odontotermes obesus殖民地改变根据其地理位置和年龄 社会昆虫》 2018年 65年 1 77年 84年 10.1007 / s00040 - 017 - 0589 - 0 2 - s2.0 - 85033451985 Waruru b K。 牧羊人 k·D。 Ndegwa g . M。 尸罗 一个。 Kamoni p . T。 应用快速的中红外光谱表征土地利用工程的关键土壤特性 土壤和基金会 2015年 55 5 1181年 1195年 10.1016 / j.sandf.2015.09.018 2 - s2.0 - 84944617008 nautica p。 有关 E。 de Souza D。 Hutley l . B。 阿恩特 美国K。 Technical note:快速图像字段的方法提高白蚁的量化结构和温室气体通量 Biogeosciences 2018年 15 12 3731年 3742年 10.5194 / bg - 15 - 3731 - 2018 2 - s2.0 - 85048860790 Monreal c . M。 苏丹 Y。 施尼策尔 M。 土壤有机质在纳米结构的培养黑黑钙土 Geoderma 2010年 159年 1 - 2 237年 242年 10.1016 / j.geoderma.2010.07.017 2 - s2.0 - 77956886814 莱曼 J。 梁 B。 所罗门 D。 靠近边缘的x射线吸收精细结构(NEXAFS)光谱学映射纳米有机碳的分布形式insoil:应用黑碳粒子 全球生物地球化学循环 2005年 19 1 10.1029/2004 gb002435 2 - s2.0 - 20444425333 Kinyangi J。 所罗门 D。 梁 B。 Lerotic M。 Wirick 年代。 莱曼 J。 纳米级biogeocomplexity有机矿质组合的土壤 美国土壤科学学会杂志》上 2006年 70年 5 1708年 1718年 10.2136 / sssaj2005.0351 2 - s2.0 - 33748547597 辛普森 a·J。 Kingery w . L。 肖 d·R。 Spraul M。 Humpfer E。 Dvortsak P。 HR-MAS 1 h NMR光谱的应用结构和关联研究有机成分的固体−整个土水界面 环境科学与技术 2001年 35 16 3321年 3325年 10.1021 / es010607v 2 - s2.0 - 0035880265