白蚁丘和相关土壤的纳米级研究的进展：系统评价

抽象的

白蚁丘充满天然纳米颗粒，它们的物理化学，地球化学，矿物学和生物学特性各不相同。尽管白蚁丘具有广泛的生态和环境角色，包括土壤形成，动物和植被的生长和多样性，有机物分解，地球化学勘探，水调查，地下污染的处理，温度调节，气体交换和全球气候变化，其纳米级结构，但由于技术局限性，相关的有机植物络合物仍然知之甚少。在这篇综述中，我们重点介绍了白蚁丘的生态和环境意义以及已成功用于研究白蚁丘的纳米结构的记录的技术，即中红外光谱（MIRS），摄影测量和横截面图像分析，一种传播的组合电子显微镜（TEM）和热解电离电离质谱法（PY-FIMS），扫描传输X射线显微镜（STXM），使用同步加速器辐射与近边缘X射线吸收良好结构（NEXAFS）以及高分辨率结合魔法角度旋转核磁共振（HR-MAS NMR）进行进一步评估。有必要与常规的经典土壤分析方法不断开发和整合纳米技术，以提高我们对负责特定特性的白蚁丘纳米结构功能机制的理解。鉴于白蚁丘在环境，农业和工程学中扮演的角色众多，没有更好的时间来引导很多研究来理解它们在纳米级的功能。

1.简介

从细菌到包括昆虫在内的宏观生物，无数微生物和动物物种生存并构成土壤。白蚁是除南极以外的大多数陆地的所有土壤生物中最成功的土壤生物之一。1]，非洲的真菌生长白蚁数量最多[2]。白蚁在热带地区占据了大约40–60％的宏动物群生物量[3] and in the African Savannah an estimated biomass of 70–110 kg·ha̵¹使它们成为土壤中最丰富的宏动物群。通常将它们分为（i）Epigeal（地上，通常是树木居民）或adgeal（地下），（ii）主要用于木材，垃圾或腐殖质的草料，（iii）构造不同的巢，（iv）培养菌类 [4]。白蚁构建生物结构，这些结构扮演着不同的作用，例如保护它们免受捕食者的侵害，环境危害和湿度。

白蚁通过重新加工土壤，将土壤运输到地面表面。作为土壤工程师，他们建造了画廊和白蚁丘，这可能会影响土壤的微生物成分[5]当它们改变土壤环境并影响其他生物时。他们的施工技术因环境条件，物种及其喂养习惯而有所不同。在Jouquet等人的研究中。[[6] to determine the exact depths at which termites collect soils, they found that cathedral mounds had same properties as Ferralsols at 96 cm and as Vertisols at 49 cm. For lenticular mounds they were shallower than cathedral at 30 cm for Ferralsols and 64 cm in Vertisols. The soil feeders (Termitinae) build their structures with fecal matter and inorganic material, while fungus-growing termites (Microtermitinae) build by soil and clay and are cemented by salivary excretions. Basically their structures are made by mineral matrix mixed with saliva and faeces (organomineral complexes), adding C and N nutrients. These organomineral nest walls have poor structural stability.

白蚁丘（图1）在热带地区和亚热带中发现了）[7，，，，8]，构成地球1/6 [9]。全世界已经对不同白蚁丘及其理化特性，分布和管理实践进行了几项研究（例如，[10-13]）。过去的四十年见证了出版物的趋势，主要集中于白蚁在生态系统功能中的作用[14-17]。除了各种生态系统功能外，科学家还探索了白蚁丘在其他服务中的作用，包括气体交换和温度调节，地球化学探索，仿生和全球气候变化。了解白蚁丘功能以及如何形成其特定特性的机制需要检查微观和纳米级的白蚁丘。在土壤生态学家中，缺乏进行此类研究的适当方法引起了人们的关注。在这篇综述中，我们将白蚁丘的特性与周围的土壤进行了编织，并概述了针对其性质负责的白蚁丘的纳米级结构的最新技术进步。

2。Prominent Mound Building Termite Species in Tropical Environments

全世界存在约2600种白蚁物种，在非洲发现白蚁多样性最高[5]。非洲最丰富的物种是垃圾喂食白蚁，宏观[[13]。该物种收集粘土颗粒深处的土壤层，并将其带到土壤表面。由于粘土，它们的结构通常对恶劣的天气条件有抵抗力，因为粘土矿物质通过其表面特性（例如凝聚力和较大尺寸的颗粒的胶结）对结构产生抗性。这些物种保护其菌落，并具有大教堂和圆顶形的结构[11]。中非国家主要以该物种为特征宏观的Falciger，起源于刚果民主共和国东南部的卢本巴西。他们建造了可能高达10米的白蚁丘，这是非洲各地记录的最高土墩的高度[18]。它们是在林地中发现的，它们是该地区的主要生物消化者，因此高度出色。宏观的Falciger喜欢温暖的潮湿气候；因此，它们通过建造厚壁的封闭通风结构来适应，以保留其代谢活动的热量，而另一种白蚁物种，Reticulitermes flavipes（kollar），在冬天变得无活跃，没有任何活动发生[19];他们没有在寒冷环境中显示任何温度调节的迹象。他们深入地球的表面并在整个寒冷季节变得不活跃。它们没有绝对的筑巢地点，可以使用任何可以提供温暖的地点，例如下水道，原木和加热结构。R.黄酮因此，已被指出能够在寒冷的气候中生存长时间的寒冷温度以外的范围[19]。

Trinervitermes Trinervoides除北部林波波以外的整个非洲地区都发现了物种。它们的土墩是圆顶形的，高达0.9 m高。它们的特征是硬皮和潮湿的内部，它以蜂窝状的结构进行了通道，地下的结构可以深到46厘米。这些土墩是封闭的通风系统，这意味着在建造结构时，它们在外部没有空间。即使它们是草收割者，它们也不是真菌的生长。因此，他们不需要调节巢中的温度以进行真菌生长。如果高温，它们会在土墩中引入水冷却。收集到的草碎片可用于隔离丘陵的丘陵和提供恒定的食物来源。

二宏观康研究了物种12]，，M. bellicosusandM. subhyyarinus，在尼日利亚西南部M. bellicosus到M. subhyyarinus报告了8.5至1。M. bellicosus以大约195厘米的高丘为特征M. subhyyarinus具有较大的基本直径，更固体。值得注意的是M. bellicosus是尼日利亚热带大草原中最丰富的物种[20]。它们的土墩高度可能高达80±10 m³和1.08±0.42 m [4]。不消化纤维素的特殊白蚁物种，M. herusMoe等人研究了。[[3]。These species grow fungi inside and outside their mounds which they use to digest the plant material, therefore releasing nutrients and minerals, and which are then taken up by termites as part of their diet.M. herusare found to be the most abundant termite species in Mburo National Park ecosystem of South Western Uganda.

巴西东北部的白蚁丘很密集，直径约为9 m。这些土墩是该地区的重要地面。白蚁物种在该地区主要发现的是Syntermes Dirus（缅甸）。它们的土墩是圆形的，在土墩中温度良好的丘之间有有序的间距。通常，当土墩高约1.5 m时，它们可能似乎被抛弃了，而实际上，它们仍然与其他白蚁物种和蚂蚁共同存在。其他白蚁可能会离开土墩并建造一个新的殖民地，因此解释了该地区密集的土墩[21]。另一个物种，odontotermes obesus，在印度大部分发现[13]，通常众所周知，可以建造大的土墩，可以高2米[11]。讨论的白蚁物种绝不详尽存在，而是由于它们在热带土壤和景观中的主导地位而进行了简短讨论。

3.白蚁丘的特性相对于周围土壤

3.1。物理化学特性

像其他毗邻土壤一样，白蚁丘由沙子，淤泥和粘土颗粒组成。但是，据报道，与周围土壤相比，土墩具有较高的粘土含量[22，，，，23]。粘土矿物质以某种方式增强土壤稳定性，使它们之间形成颗粒之间的牢固键，从而将它们融合在一起。将较细的颗粒迁移到表面的活性也有助于创建孔，从而增强骨料稳定性。在评估白蚁丘的修饰土壤的性质时，Asawalam和Johnson [24]报道，与未修饰的相邻土壤相比，改良的土壤的结构改善了，因此有更多的曝气，更好的水浸润和农作物根疾病减少。

Chemical nutrients are usually more available in termite mounds than in the surrounding soil. Available nutrients are ammonium (NH₄⁺），硝酸盐（否₃^-) and exchangeable cations [e.g., calcium (Ca²⁺），镁（mg²⁺), potassium (K⁺), and sodium (Na⁺）] [25]。有机物是土壤的重要生化成分[26，，，，27]。与粘土和氧化铁类似，它在土壤聚集体形成中起着至关重要的作用。尽管白蚁丘通常比周围土壤的有机物含量少[23，，，，28]，它们具有较高的铝，铁和钛含量以及它们有效吸收材料的氧化物[28]。土壤有机物（SOM）被认为是胶结剂，确保了土墩的结构稳定性，但是白蚁丘的有机物含量较差，表明SOM具有可忽略的作用，并且可以将粘土视为负责负责结构稳定性的主要因素。宏观土墩[29]。有几份报道，已经评估了土壤动物群对土壤生育能力的贡献。非洲的一些自给自足的农民利用白蚁丘作为土壤生育的信号[30]。Others may go as far as collecting the mound materials and spreading them all over their field to improve the soil properties as well as increasing the fertility of the land.

Local conditions have an effect on structure of the mounds. Relatively, very few studies have been carried on the wetlands because there are more mounds on the upland than in the lowlands [31]。Studies done in a semiarid environment of Southern Africa show that soils on eroded mounds tend to be more acidic with higher concentrations of Mg, Ca, N, and P as compared to soils that occur 0.5 m away from the margins of eroded, inactive, and active mounds [32]，一个明确的证据表明，建筑物白蚁会消耗植被，改变土壤的生育能力和排水，从而造成干扰。luvisols in宏观在印度南部的Bandipur Tiger Reserve森林中，N和C的含量很低，而Ferralsols则相反。总而言之，白蚁丘产生了物理和化学特性，使其与周期环境保持平衡[11]。

3.2。白蚁丘的生物学特性

白蚁分为草，木材，垃圾和土壤喂食生物。他们可以消化约27％–90％的垃圾和4％–13％的生物量以上[10]。宏观非洲最丰富的是真菌种植白蚁的一个例子。这些白蚁在垃圾中生长真菌，因此释放了白蚁所供起的生物学上必不可少的n和p。垃圾也可以增强土壤有机物。凭借其从杂草和其他市政废物中消化木质素的能力，研究表明，它们可用于在称为vermicomposting的过程中用于治疗固体废物[33]。术语是用来描述白蚁处理固体废物的术语。除了能够消化木质素的能力外，白蚁的食欲大，这意味着它们一次可以消耗大量废物[34]。

由于他们的劳动力很强，因此只有工人可以消化木质素，而且他们也没有繁殖。即使他们具有消化木质素的特殊特征，他们也很难培养，如果他们与殖民地分离，他们可能无法生存。这可能是对Vermicomposting的挑战。Andrianjaka等人的研究。[[35]提供了用于控制植物寄生虫和用于植物的土豆粉的详细信息。当cubitermes土墩粉末散布在高粱幼苗上时，它带来了增长的增长。这是由于存在矿物（N和P）引起的白蚁丘的施肥。在热带森林中，白蚁的生物学活性在垃圾中很明显，其中一些垃圾在建造结构时被埋葬，因此增加了有机物。他们的胆量是碱性，该功能使它们能够分解顽固的材料。

3.3。地球化学和矿物学特性

Since termites build their mounds with clays collected from underground, their geochemical composition and mineralogy may or may not be different from their surrounding soils of the termite mounds. A few studies, however, show that there are differences between geochemical composition and clay mineralogy in mounds and surrounding soils. Rare Earth elements and trace elements including B, Fe, Mn, Ni, Cu, Zn, Se, Mo, and Cd contents are reportedly higher in termite mounds compared to the surrounding topsoils. This enrichment suggests a possible external supply of enriched materials or accumulation of原位基础基岩的风化产品[36]。同样，Ti和Zr富集在白蚁丘中很常见，这可能归因于Biotite的分解宏观因此，将Ti和Zr释放到土丘中，这意味着白蚁转化土壤矿物质并增强化学风化的固有能力[36，，，，37]。In the sites studied by Mujinya et al. [38]，高岭石比周围的土壤更丰富，具有石英，k-芬斯帕和赤铁矿。白蚁参与K-Feldspar向高岭石的转化和有机元的合成[8]。黑猩猩在坦桑尼亚的马哈尔山国家公园中用于地球运的白蚁丘表明，白蚁丘的铝（10.0％），铁（3.0％）和钠（0.5％）的铝含量相对较高用粘土的矿物学（<2 μm）馏分，在元容石中高1：1（si：al = 1：1）粘土矿物质的化学成分与粘土矿物高岭石和绿石（Montmorillonite）相似，这是2：1的可膨胀粘土矿物质。药物kaopectate™是一种从元亚铁石和蒙脱石的组合获得的物质，被广泛用作抗二烷剂[39]。

4.白蚁在生态系统功能中的角色

白蚁的生态作用是土壤生态学家众所周知的，因为多年来对此进行了许多研究（例如，[40-43]）。本文不会涵盖这一点，读者被转介给了Jouquet等人对白蚁提供的生态系统服务的评论。[[17]。白蚁在生态系统中的出色作用包括它们积极参与生物扰动和人造物，有机垃圾降解和分解，水浸润和径流以及土壤侵蚀，有机物和养分循环，土壤动物和微生物多样性以及植被的生长和多样性。白蚁在干旱和半干旱环境中进一步发挥更多影响，通过建造包括土墩，薄板和具有不同物理化学特性的画廊，它们是主要土壤无脊椎动物分解剂之一。Jouquet等人未讨论的白蚁的其他生态和环境意义。[[17]在下面突出显示。

5.白蚁丘和地球化学探索

当白蚁钻入地下土层并在建造土墩时向上移动土壤材料（生物扰动）时，白蚁会积极参与。正是通过这种机制，白蚁将矿物矿物从地下沉积到土壤表面。斯图尔特和阿南德[44]报告说，一些金属指标是通过食物来源获得的营养的结果。在西澳大利亚州花园井进行的一项研究中肿瘤被检查。使用高分辨率粒子诱导的X射线发射（PIXE）映射和扫描电子显微镜（SEM）成像，检测到7.4 ppb的AU矿化作用。还发现了与Au相关的富含方解石片段，并且在土丘中随着深度增加到20 ppb。之所以如此，是因为矿物颗粒在向上移动时可能会被浅区域的土壤碎片稀释。在北部埃塞俄比亚的一项研究，土壤主要是岩溶物，重点是在地球化学探索中使用白蚁丘。观察到白蚁丘和基岩中的矿物质之间的正相关，因此被认为是在北埃塞俄比亚等发展中检测矿物质的一种简单方法，在北部埃塞俄比亚，厚实的雷果石使到达基岩变得不安。金，铜和锰的相关性很高，银的相关性和中等相关性。记录了锌，钴和镍的负相关性[45]。因此得出的结论是，白蚁丘可以用于某些矿物质的地球化学探索。

6.地下水处理和水调查

砷是可能对人类健康造成长期影响的有害化学物质之一。这种作用可能是永久性和致命的，例如真皮病变和皮肤，肺和膀胱癌。科学家们已经寻找方法来清除地下水中的砷以进行安全消费。一些方法是吸附，溶剂提取和铁交换。Fufa等。[[28]报告说，这些方法很昂贵，可能不适用于许多领域，尤其是国内生产总值低（GDP）的发展中国家。已经建立了白蚁丘的使用来清除地下水中的砷。白蚁丘的高Al，Ti和Fe氧化物矿物质含量增强了污染物的吸附。白蚁丘已成功用于去除铬[46]，带领 [47]，锌[48]和多环芳烃（PAH）[49]。

埃塞俄比亚西北部的特征是大玄武岩堤坝，如Aster Muticectral Imagery所观察到的[50]。这些垂直的堤坝收集了由裂缝密度启用的径流水；因此，沿着堤坝发现了更多的植被和河流及其支流。沿着堤坝观察到约20个土丘，而在熔岩流中没有观察到。因此，假定科学家在研究过程中使用白蚁丘来识别堤坝。这些土墩是圆顶形的，具有正常的间距，高1.5-2 m，每堆大约1400-2400种白蚁。还观察到这些土墩的建造不高于2 m。根据[50]，白蚁在堤坝附近建造了土墩。因此，可以更容易获得水分。白蚁使用水调节土墩温度，并结合粘土，以实现真菌种植白蚁的更稳定的骨料结构和真菌培养。一些白蚁等物种Ballicositermes natalensis可以钻在地下水以下许多米以寻找水分的地方。冷却的土墩与二氧化碳排放量无关。通过白蚁接收的水由三个通道分布，并存储在两个是该区域的主要水位桌子中的水库中。水暂时存储在堤防中，最终从地下水位填充。出于这个原因，白蚁在堤防附近建造土墩，即使在干旱季节，也可以连续供应水分。

7.温度调节，气体交换和全球气候变化

白蚁丘的形状取决于土墩的栖息地和功能。流失或产生的热量也将由土墩的形状确定。在气候干燥的稀树草原生物群落中，这些土墩通常是圆顶形的，有薄壁，以使空气逃脱巢。再次在温度很冷的森林中，土墩是圆顶形的，墙壁形状厚厚，以减少整个土丘的热量损失。温度的差异会影响白蚁的种群和密度。白蚁会产生长期的内部丘温度控制，因为更容易控制外部温度[51]。温暖的温度与较高的土墩和高繁殖有关。宏观的Falciger刚果民主共和国生活在温暖和潮湿的林地环境中。为了应对气候的变化，它们在封闭的圆顶结构中建造土墩，墙壁厚，表面积低。这种安排有助于通过与环境的有效的气体交换来保持其结构温暖和潮湿。他们更喜欢±30°C的温度[18]。当气态交换低和温度低时，代谢率会降低，因此产量低，反之亦然。物种雄杆贝里科斯全年将其内部温度保持在大约30°C，以实现最佳真菌的生长。关于不同白蚁物种以及它们如何调节温度的全面讨论由田间和邓肯[51]。Larger termite mounds have high heat retention capacity as compared to smaller mounds because of the area and the level of metabolic activity taking place. They are more insulated and greater metabolic activity means more heat production.

Studies have shown that rainfall and temperatures are the major active factors of climate that influence the distribution of termite mounds over large areas [52]。大气中的高浓度温室气体有助于全球温度的升高。白蚁释放甲烷气体，该气体起源于有机物的发酵[53]在建造土墩期间。大约1/3的甲烷是从包括海洋和白蚁丘在内的自然来源释放的，而三分之二来自人造来源，例如燃烧生物质。每年，白蚁产生约580 tg的甲烷[9]。Savanna Biome占世界植被的30％，大约有61％的无脊椎动物占白蚁的生物中的生物。白蚁的两种进食模式，土壤喂养以及以植物的营养部分（木材，叶子，草等）为食的，确保白蚁通过产生甲烷的厌氧发酵消化食物。土壤饲养者产生更多的甲烷[54]。白蚁贡献0.2至2％CO₂大约30％的甲烷在稀树草原生物群落中。仅亚洲就覆盖了世界上12％的萨凡纳[55]。不同的研究人员报告了由于用于测量排放的因素或参数的变化而导致的甲烷排放值不同的值，例如，粪便含量以及该领域缺乏测量的排放[9]。Bréas等人的研究。[[54]表明，白蚁甲烷的全球排放量是全球甲烷的0.3％至1.5％。Jamali等。[[9]报告说，全球甲烷的5％至19％是由白蚁产生的。这两个结果均低于IPCC估计的结果[56]。这些统计数据表明，即使对统计数据进行了质疑并认为高估了大气中白蚁的贡献的温室气体（尤其是甲烷）的比例。温度温度会导致白蚁中的甲烷产生更多，因此全球温度的升高将导致白蚁产生更多的产量。干扰的白蚁产生更多的CO₂than they would normally do [57]。另一方面，白蚁可能被视为田间的害虫。在世界某些地区，他们使用低成本技术进行天气预报的人们使用白蚁作为气候指标。地下白蚁的存在和丰度可能表明会有严重的干旱[57]。因此，白蚁丘与人类环境，气体交换和全球气候变化现象的温度调节密切相关。

8.对值得研究的方向的纳米级白蚁丘的研究？

从结构的角度来看，土壤材料具有多个尺度，具有每个量表水平特有的特征和特性。在这种背景下，Zinck [58]使用层次模型（表1）引入一些基本的土壤概念。土壤材料以其基本形式的分子形式以及分子组合到纳米级的颗粒中。


等级	Unit	Concept	土壤特征

纳米	nm-μm	粒子	基本土壤反应
微	μM-mm	总计的	微观形态结构
中索	MM-CM-DM	Horizon	土壤材料的分化
宏	m	佩顿	用于描述和采样的土壤量
巨型	M-km	旋转鼠	土壤分类和映射（GEO）的培训景观

土壤材料的基本反应，包括化学物质（溶液，水解，碳酸化，水合和氧化还原），机械（填料类型和织物的类型（例如，絮凝，倾斜，缩放，分散和聚集的织物））和物理化学，是反应基于粘土和腐殖质的胶体特性[59]。这些反应控制着重要的地面过程，包括化学风化，人造生成，污染物运输，养分利用率，质量运动以及其他土壤和景观中的其他土壤侵蚀现象。

在二十一世纪之交，仪器的新进步铺平了科学家以1至〜100亿米的规模研究对象的方法，称为纳米级[60]。白蚁丘的大多数天然成分都是纳米颗粒，包括腐殖质，腓骨硅酸盐，Fe（HDR）氧化物和亚铁矿。纳米颗粒在营养生物利用度，污染物运输和白蚁丘的结构稳定性中起着至关重要的作用[61]并介导具有全球相关性的生物地球化学过程，例如重要的温室气甲烷（CH）₄）。但是，白蚁丘的复杂内部和外部形态阻碍了气体排放的准确定量描述。为了了解全球存在的各种白蚁丘的特性和功能，整个固体和孔（void）结构的现实情况是基本的。但是，由于不同物种在不同土壤中建造的白蚁丘的性质的空间和时间变化，大多数分析技术都有各自的缺点，并且仅提供对白蚁丘系统的有限理解。为了更全面地了解白蚁丘的纳米级结构，多年来，土壤科学家已诉诸于对岩石显微镜下白蚁丘的薄段的检查范围（例如，[62]）。在微晶状体方法中，用染色的聚酯蓝树脂浸渍后，从未受干扰的样品中制备薄切片[63]）之后，在传播的纯光下观察到白蚁丘的微晶状体特征，而在极光光下观察到材料的异形和各向异性以及细材料的双重织物。光学显微镜可以为微观结构的生物学形成提供显微研究证据[64，，，，65]，颗粒法和孔隙率[8]。随着科学技术的进步，对白蚁丘的纳米级结构进行检查的更强大技术已经发展。这些方法包括以下内容。

8.1。中红外光谱学（MIR）

这是一种非常快速，高通量的方法，用于表征包括白蚁丘在内的材料的化学成分。为了应用这种方法，点亮了白蚁丘样品，并在4,000–400 cm的范围内测量弥散的反射光（电磁辐射）。^-1（2,500–25,000 nm）和所得的光谱签名总结了每个波长在每个波长处吸收了多少能量。记录的光谱特征对白蚁丘的土壤有机代理组成有反应。miR的特定吸收特征还可以提供有关白蚁丘分子结构的详细信息，例如有机物质量。在他们分析白蚁殖民地（士兵，未成年人和主要工人）的生化指纹的工作中，并根据殖民地和/或其年龄之间的地理距离区分白蚁殖民地[66]成功应用了中红外光谱法（2500–25000 nm）。该技术进一步凸显了白蚁菌落的生理状态与其环境之间的密切关系。为了建立土壤和白蚁丘参数与miR变量之间的相关性，通常使用包括主成分分析（PCA）和部分最小二乘回归（PLSR）在内的统计程序[PLSR）[66，，，，67]。MIR could provide an added advantage of providing a rapid, low-cost, and nondestructive method of analysing soils without the use of chemicals.

8.2。摄影测量和横截面图像分析

为了理解白蚁丘的复杂内部和外部形态以正确量化甲烷，Naeur等人。[[68]提出了一种新的方法，该方法将摄影测量法与横截面图像分析相结合。白蚁丘参数包括表面积，基础面积和上皮体积，通过重建数字照片的3D模型来测量，并与水置方法进行比较，并通过简单的几何形状进行近似白蚁丘的常规方法。宏观和微孔（θmandθμ）分别引入白蚁丘，宏观腔室的体积分数和壁材料中的微观孔的内部结构。与土壤样品一样，宏观和微孔度代表白蚁丘的总孔隙度，这表示水和空气所占据的白蚁丘的一部分。使用单白蚁丘横截面的图像分析成功地估算了巨大的孔隙度和完整的孔隙分数，并与完整的X射线计算机断层扫描（CT）扫描进行了比较，并评估了白蚁丘内部结构的物种特异性差异。这种新颖的技术改进了CH的估计₄进入环境，但确实需要进行更多的试验，因为全面的CT扫描表明，研究的白蚁丘具有特定物种的范围θmandθμ但是类似的总孔隙度。基于图像的新方法允许对白蚁丘的快速准确的定量表征回答生态，生理和生物地球化学问题。摄影测量法的成功证明，在测量白蚁丘的温室气体排放时，可以将其应用于限制不一致的形状近似错误[68]。

8.3。透射电子显微镜（TEM）和热解电离电离质谱法（PY-FIMS）

在TEM中，施加的高能电子束由白蚁丘的薄金或铂涂层反映，电子和原子之间的相互作用可用于观察纳米级的特征。可以在TEM中观察到土壤基质内的空隙和晶界等构叶酸。TEM和PY-FIM的组合已被用来更好地了解SOM和无机胶体在NM量表稳定碳和氮中的作用[69]。TEM进行的观察表明，纳米级分数中的SOM主要发生在有机盐配合物中，也发生在腐殖质的孤立结构中，这些结构形成了一个碳质网络的单链网络，这些网络连接了腐殖质和矿物质簇，范围从几nm到几nm到μm大小[69]。

8.4。扫描传输X射线显微镜（STXM），使用同步加速器辐射与近边缘X射线吸收精细结构（NEXAFS）光谱

为了解决现有土壤聚集模型的方法论局限性，解释了土壤中的碳（C）稳定和有机碳的小规模异质性的量化不良，Lehmann等人。[[70]开发了一种应用STXM和NEXAFS组合的技术，以研究黑色C颗粒（50 nm分辨率）C形式，并与基于同步加速器的FTIR光谱进行了比较。第一次使用STXM和C 1S-NEXAFS解决了未更改的土壤微聚集酸盐的纳米级生物地球环境，我们相信这也适用于白蚁丘。白蚁丘的聚集和稳定性决定了其在施加的外部压力下抵抗变形的能力。微聚集体的物理基础设施在确定堵塞C的化学和颗粒C，化学稳定C和土壤矿物质基质之间的相关性方面也起着基本作用。显然，Nexafs光谱法具有提高我们对黑色C特性的理解的巨大潜力，这对生物地球化学循环具有重要意义水圈和大气[70，，，，71]。

8.5。高分辨率魔术角旋转核磁共振（HR-MAS NMR）

如Simpson等人所证明的那样，可以通过使用高分辨率魔术旋转核磁共振来检查整个土壤的固体界面的结构。[[72]。该方法允许将溶液状态NMR实验应用于并非完全溶剂并包含固体的样品，例如土壤。在一维HR组合结合后，首次有可能将脂肪酸，脂肪酸酯和乙醇/醇作为土壤固体界面上的杰出物种，该物种首次成为糖和氨基酸的信号。- nmr。因此，HR-MAS是一种有前途的技术，可以广泛适用于一系列复杂的环境样本，而无需提取，预处理或纯化[72]。

鉴于在热带和半干旱环境中白蚁丘的无处不在，对其纳米级颗粒的未来研究应试图了解纳米孔中的水和气体的行为，纳米毒性的机制，如何使用白蚁丘可以用来清理潜在的有毒化学物质和潜在的有毒化学物质和潜在的有毒化学物质和含量污染物从食物网中出来，以及土壤有机物，单价离子和微生物的复杂相互作用如何影响聚集，并且整个人的成分。

9.结论

白蚁丘是世界热带气候中的常见景观特征。它们是由白蚁建造的重要生物结构，以保护它们免受恶劣的环境条件的侵害。白蚁丘的大小和结构在气候梯度之间各不相同，也取决于涉及白蚁物种。白蚁堆在相邻土壤中的物理，地球化学，生物学和矿物学特性方面有所不同。他们在地下水处理，地球学，地球化学探索，温度调节，气体交换和全球气候变化方面发挥着出色的作用。白蚁丘是有机植物复合物中的纳米颗粒，但是关于土壤生态学家可以对白蚁丘可以进行多少检查仍然存在方法论上的局限性。在这篇综述中，我们介绍了包括中红外光谱法（MIR），摄影测量和横截面图像分析，传输电子显微镜（TEM）和热解磁场电离质谱（PY-FIMS）的组合，扫描的结合透射X射线显微镜（STXM）使用同步加速器辐射与近边缘X射线吸收精细结构（NEXAFS）光谱和高分辨率的魔法角度旋转核磁共振（HR-MAS NMR）结合使用。有必要与常规的经典土壤分析方法不断开发和整合纳米技术，以提高我们对负责特定特性的白蚁丘纳米结构的有机矿物结构的功能机制的理解。这将确保在实现农业，环境和工程专长方面正确使用和管理白蚁丘。

利益冲突

The authors declare that they have no conflicts of interest.

参考

P. Eggleton, “An introduction to termites: biology, taxonomy and functional morphology,” in白蚁的生物学：现代合成，D。Bignell，Y。Roisin和N. Lo，编辑，Springer，Dordrecht，荷兰，2010年。查看：谷歌学术
E. Arhin，S。Boadi和M. C. Esoah，“从白蚁丘样品中识别出探路者元素，用于在加纳西北加纳的Lawra Belt的Regolith Complex Terrain中进行黄金探索”，”非洲地球科学杂志，卷。109，第143–153页，2015年。查看：发布者网站|谷歌学术
S. R. Moe，R。Mobæk和A. K. Narmo，“土墩建筑白蚁有助于Savanna植被异质性”，”植物生态学，卷。202，不。1，第31-40页，2009年。查看：发布者网站|谷歌学术
J. A. Jones，“干燥热带非洲的白蚁，土壤肥力和碳循环：假设”，”热带生态学杂志，卷。6，不。3，第291–305页，1990年。查看：发布者网站|谷歌学术
H. M. Makonde，R。Mwirichia，Z。Osiemo，H。I。Boga和H.-P。克伦克（Klenk），“ 454个基于焦磷酸测序评估细菌多样性和社区结构中的肠道，土墩和周围土壤中的社区结构”，”SpringerPlus，卷。4，不。1，2015。查看：发布者网站|谷歌学术
P. Jouquet，L。Caner，N。Bottinelli，E。Chaudhary，S。Cheik和J. Riotte，“南印度白蚁土壤来自哪里？”应用土壤生态学，卷。117-118，第190-195页，2017年。查看：发布者网站|谷歌学术
P. N. Eze，“加纳阿克拉平原上的莱顿·卡特纳（Legon Catena）的土壤的特征，分类和人造形成”，加纳大学，加纳阿克拉大学，2008年，菲尔·菲尔·菲尔（M. Phil）。查看：谷歌学术
Y. Millogo，M。Hajjaji和J. C. Morel，“被认为是建筑材料的白蚁丘材料的物理性质，微观结构和矿物学”，”Applied Clay Science，卷。52，不。1-2，第160-164页，2011年。查看：发布者网站|谷歌学术
H. Jamali，S。J。Livesley，T。Z。Dawes，G。D。Cook，L。B。Hutley和S. K. Arndt，“ CH中的昼夜和季节性变化₄来自澳大利亚北领地热带稀树草原的白蚁丘的通量农业和森林气象，卷。151，不。11，第1471–1479页，2011年。查看：发布者网站|谷歌学术
L. Menichetti，L。Landi，P。Nannipieri，T。Katterer，H。Kirchmann和G. Renella，“化学性质和生化活性的殖民和废弃的垃圾喂养白蚁，（（宏观spp。）埃塞俄比亚波拉纳高原的Chromic Cambisol地区的土丘，”pedosposphere，卷。24，，，，no. 3, pp. 399–407, 2014.查看：发布者网站|谷歌学术
P. Jouquet，N。Guilleux，L。Caner，S。Chintakunta，M。Ameline和R. R. Shanbhag，“土壤教学特性对白蚁丘陵稳定性的影响”，Geoderma，卷。262，第45-51页，2016年。查看：发布者网站|谷歌学术
B. T. Kang，“某些生物学因素对热带土壤变异性的影响”，Plant and Soil，卷。50，不。1-3，第241–251页，2017年。查看：发布者网站|谷歌学术
R. R. R. Shanbhag，M。Kabbaj，R。Sundararaj和P. Jouquet，“降雨和土壤特性影响白蚁丘的丰度和身高：一个带有Odontotermes obesus的案例研究，（（宏观的）印度西高止山脉的土丘，”应用土壤生态学，卷。111，第33-38页，2017年。查看：发布者网站|谷歌学术
K. E. Lee和T. G. Wood，Termites and Soils，，，，Academic Press, London, UK, 1971.
T. G. Wood和W. A. Sands，“白蚁在生态系统中的作用”，蚂蚁和白蚁的生产生态，M。V。Brian编辑，第245-292页，剑桥大学出版社，英国剑桥，1978年。查看：谷歌学术
L. de Bruyn和A. J. Conacher，“ Corrigenda，白蚁和蚂蚁在土壤修饰中的作用 - A”土壤研究，卷。28，，，，no. 1, pp. 55–93, 1990.查看：发布者网站|谷歌学术
P. Jouquet，S。Traoré，C。Choosai，C。Hartmann和D. Bignell，“白蚁对生态系统功能的影响。白蚁提供的生态系统服务，”欧洲土壤生物学杂志，卷。47，不。4，第215–222页，2011年。查看：发布者网站|谷歌学术
H. Erens，M。Boudin，F。Mees等人，“大型白蚁丘拉德二碳年代的年龄，刚果博士的MaCrotermes Falciger Mounds falciger Mounds”古地理，古气候学，古生态学，卷。435，第265–271页，2015年。查看：发布者网站|谷歌学术
B. J. Cabrera和S. T. Kamble，“降低热嗜热的影响东部白蚁的影响（Isoptera：犀牛科），”Environmental Entomology，卷。30，，，，no. 2, pp. 166–171, 2001.查看：发布者网站|谷歌学术
S. S. Abe，S。Yamamoto和T. Wakatsuki，“白蚁的理化和形态学特性，（（雄杆贝里科斯）在尼日利亚南部几内亚稀树草原区的内陆山谷的高层山山地上的土丘和周围的山子，”土壤科学和植物营养，卷。55，不。4，第514–522页，2009年。查看：发布者网站|谷歌学术
R. R. Funch，“白蚁丘是巴西东北部半干旱的主要土地，”干旱环境杂志，卷。122，第27–29页，2015年。查看：发布者网站|谷歌学术
C. L. Seymour，A。V。Milewski，A。J。Mills等人，“做大白蚁丘宏观除了营养贫困的非洲稀树草原中，浓缩的微量营养素除了大量营养素吗？”土壤生物学和生物化学，卷。68，第95-105页，2014年。查看：发布者网站|谷歌学术
N. Adhikary，H。Erens，L。Weemaels等人，“散布白蚁丘材料对费拉尔索尔生育能力的影响，Katanga，D.R。刚果，”土壤科学和植物分析中的通信，卷。47，不。9，，，，pp. 1089–1100, 2016.查看：发布者网站|谷歌学术
D. O. Boeckx和S. Johnson，“由earth和白蚁修饰的土壤的物理和化学特征”，土壤科学和植物分析中的通信，卷。38，不。3-4，第513–521页，2007年。查看：发布者网站|谷歌学术
B. C. Ecechezona和C. A. Igwe，“对大豆生长和产量的不同蚂蚁巢培养基的评估”，植物营养杂志，卷。35，不。11，第1601–1617页，2012年。查看：发布者网站|谷歌学术
N. M. Kebonye，P。N。Eze，S。K。Ahado和K. John，“半干旱土壤中微量元素和土壤有机物之间相互作用的结构方程建模”，国际环境科学技术杂志，2020年。查看：发布者网站|谷歌学术
S. Melero，J。C。R. Porras，J。F。Herencia和E. Madejon，“在常规和有机管理下的粉质壤土中的化学和生化特性，”土壤和耕作研究，卷。90，不。1-2，第162-170页，2006年。查看：发布者网站|谷歌学术
F. Fufa，E。Alemayehu和B. Lennartz，“使用白蚁丘的砷酸盐去除砷，”，Journal of Environmental Management，卷。132，第188-196页，2014年。查看：发布者网站|谷歌学术
P. Jouquet，D。Tessier和M. Lepage，“白蚁巢的土壤结构稳定性：粘土的作用雄杆贝里科斯，，，，Isoptera，，，，宏观的土壤土壤”欧洲土壤生物学杂志，卷。40，不。1，第23–29页，2004年。查看：发布者网站|谷歌学术
H. Erens，B。B。Mujinya，F。Mees等人，“土壤相关特性变化的起源和含义宏观falciger mounds,”Geoderma，卷。249-250, pp. 40–50, 2015.查看：发布者网站|谷歌学术
S. S. Abe，S。Yamamoto和T. Wakatsuki，“土壤颗粒的选择雄杆贝里科斯on a sandy loam soil catena in a Nigerian tropical Savanna,”热带生态学杂志，卷。25，不。4，第449–452页，2009年。查看：发布者网站|谷歌学术
F. R. Smith和R. I. Yeaton，“土墩建造白蚁的干扰，Trinervitermes Trinervoides，”植物生态学，卷。137，不。1，第41-53页，1998年。查看：谷歌学术
A. K. Harit，S。Gajalakshmi和S. A. Abbasi，“关于圈养白蚁殖民的发展的研究”，动物学和生态学，卷。26，不。4，第301–312页，2016年。查看：发布者网站|谷歌学术
S. Abbasi和S. Gajalakshmi，“与原位术语的市政固体废物处置：概念证明”，”生物库和生物处理，卷。2，不。1，p。24，2015。查看：发布者网站|谷歌学术
Z. Andrianjaka，R。Bally，M。Lepage等人，“生物控制Striga Hermonthica通过cubitermes白蚁粉粉修改高粱培养物，”应用土壤生态学，卷。37，不。3，第175–183页，2007年。查看：发布者网站|谷歌学术
A。Sako, A. J. Mills, and A. N. Roychoudhury, “Rare earth and trace element geochemistry of termite mounds in central and northeastern Namibia: mechanisms for micro-nutrient accumulation,”Geoderma，卷。153，不。1-2，第217–230页，2009年。查看：发布者网站|谷歌学术
N. M. Kebonye和P. N. Eze，“锆作为估计处理过的废水排放附近潜在毒性元素的合适参考元件，”环境监测和评估，卷。191，没有。11，p。705，2019。查看：发布者网站|谷歌学术
B. B. Mujinya，F。Mees，H。Erens等人，“卢本巴西地区白蚁丘的粘土组成和特性，D.R。刚果，”Geoderma，卷。192，第304–315页，2013年。查看：发布者网站|谷歌学术
W. C. van Ranst，R。G。V. Hancock，S。Aufreiter和M. A. Huffman，“白蚁土壤土壤的地球化学和粘土矿物学以及地球化学在坦桑尼亚Mahale Mountains，Tanzania的黑猩猩中的作用”，”Primates，卷。37，不。2，第121–134页，1996年。查看：发布者网站|谷歌学术
H. I. J. Black和M. J. N. Okwakol，“在热带地区的农业强化，土壤生物多样性和农业生态系统的功能：白蚁的作用”，”应用土壤生态学，卷。6，不。1，第37-53页，1997年。查看：发布者网站|谷歌学术
J. M. Dangerfield，T。S。McCarthy和W. N. Ellery，“土墩建造白蚁宏观迈克尔塞尔尼作为生态系统工程师，”热带生态学杂志，卷。14，不。4，第507–520页，1998年。查看：发布者网站|谷歌学术
D. E. Bignell和P. Eggleton，“生态系统中的白蚁”，白蚁：进化，社会性，共生，生态学，第363–387页，施普林格，多德雷赫特，荷兰，2000年。查看：谷歌学术
B. P. Freymann，R。Buitenwerf，O。Desouza和H. Olff，“白蚁的重要性（Isoptera）用于热带生态系统中草食动物粪便的回收：评论，”欧洲昆虫学杂志，卷。105，不。2，第165–173页，2008年。查看：发布者网站|谷歌学术
A. D. Stewart和R. R. Anand，“花园井中的昆虫巢结构中的异常金矿床：对土墩形成白蚁，地下白蚁和蚂蚁的研究”地球化学探索杂志，卷。140，第77-86页，2014年。查看：发布者网站|谷歌学术
F. Kebede，“在北部埃塞俄比亚地球化学探索中使用白蚁丘”，”非洲地球科学杂志，卷。40，不。1-2，第101-103页，2004年。查看：发布者网站|谷歌学术
B. R. R.Araújo，J。O。M. Reis，E。I。P. Rezende等人，“白蚁巢的应用Cr（VI）的吸附”，”Journal of Environmental Management，卷。129，第216–223页，2013年。查看：发布者网站|谷歌学术
N. Abdus-Salam and A. D. Itiola, “Potential application of termite mound for adsorption and removal of Pb(II) from aqueous solutions,”伊朗化学学会杂志，卷。9，不。3，第373–382页，2012年。查看：发布者网站|谷歌学术
N. Abdus-Salam和M. O. Bello，“动力学，热力学和铅和锌离子的吸附到白蚁丘，”国际环境科学技术杂志，卷。12，不。11，第3417–3426页，2015年。查看：发布者网站|谷歌学术
W. Wilcke，W。Amelung，M。Krauss，C。Martius，A。Bandeira和M. Garcia，“巴西的气候不同生态区中的多环芳烃（PAH）模式，”Organic Geochemistry，卷。34，不。10，第1405–1417页，2003年。查看：发布者网站|谷歌学术
D.Mège和T. Rango，“玄武岩堤防裂缝和白蚁丘的生存力中的永久地下水储存”，”非洲地球科学杂志，卷。57，不。1-2，第127–142页，2010年。查看：发布者网站|谷歌学术
M. A. Field和F. D. Duncan，“温度调节发生在收割机白蚁的土丘中，Trinervitermes Trinervoides（Sjöstedt）（）（Isoptera：Termitidae)?”非洲昆虫学，卷。21，否。1，第45-57页，2013年。查看：发布者网站|谷歌学术
D. E. Pomeroy，“乌干达大型白蚁丘的分布和丰度，”应用生态学杂志，卷。14，不。2，第465–475页，1977年。查看：发布者网站|谷歌学术
C. Rouland，A。Brauman，M。Labat和M. Lepage，“影响白蚁甲烷排放的营养因素”，Chemosphere，卷。26，不。1–4，第617–622页，1993年。查看：发布者网站|谷歌学术
O.Bréas，C。Guillou，F。Reniero和E. Wada，“全球甲烷周期：同位素和混合比率，来源和水槽，”环境和健康研究的同位素，卷。37，不。4，第257–379页，2001年。查看：发布者网站|谷歌学术
J. J. Heckman，“样本选择偏差为规范误差”，计量经济学，卷。47，不。1，第153–161页，1979年。查看：发布者网站|谷歌学术
R. K. Pachauri和A. Reisinger，IPCC第四评估报告，IPCC，日内瓦，瑞士，2007年。
J. Taru和B. Chazovachii，“津巴布韦压抑地区白蚁利用的农村家庭的生计多样化”，”中国人口资源和环境杂志，卷。13，不。4，第373–378页，2015年。查看：发布者网站|谷歌学术
J. A. Zinck，物理和土壤。演讲笔记，国际航空航天调查与地球科学研究所（ITC），荷兰Enschede，1988年。
J. A. Zinck，地形学。演讲笔记，国际航空航天调查与地球科学研究所（ITC），荷兰Enschede，2013年。
P. A. Maurice，“土壤科学中的纳米级科学技术”，土壤科学手册：资源管理和环境影响，P。M. Huang，Y。Li和M. E. Sumner编辑，CRC出版社，纽约，纽约，美国，2012年。查看：谷歌学术
Y.陶瓷国际，卷。27，否。3，第265–268页，2001年。查看：发布者网站|谷歌学术
M. I. Cosarinsky和F. Roces，“邻居叶片切割蚂蚁和土墩建造白蚁：比较巢的微型形态”，”Geoderma，卷。141，不。3-4，第224–234页，2007年。查看：发布者网站|谷歌学术
C. P. Murphy,土壤和沉积物的薄截面准备，，，，AB Academic Publishers, Berkhamsted, UK, 1986.
C. E. R. Schaefer, “Brazilian latosols and their B horizon microstructure as long-term biotic constructs,”土壤研究，卷。39，不。5，第909–926页，2001年。查看：发布者网站|谷歌学术
F. S. de Oliveira，A。F。D. C.Varajão，C。A。C. C. C.Varajão，C。E。G. R. Schaefer和B.Boulangé，“生物学剂在巴西中部铝制沉积中的微观结构和矿物学转化中的作用，”Geoderma，卷。226-227，第250-259页，2014年。查看：发布者网站|谷歌学术
P. Jouquet，A。Pando，H。Aroui，A。Harit，Y。Capowiez和N. Bottinelli，“来自中红外光谱法（MIR）的证据表明，Odontotermes的生化指纹obesus colonies obesus菌落根据其地理位置和地理位置位置和地理位置上的变化而变化。年龄，”昆虫社会，卷。65，不。1，第77-84页，2018年。查看：发布者网站|谷歌学术
B. K. Waruru，K。D。Shepherd，G。M。Ndegwa，A。Sila和P. T. Kamoni，“中含量光谱的应用用于快速表征关键土壤特性用于工程土地利用中”，”Soils and Foundations，卷。55，不。5，第1181–1195页，2015年。查看：发布者网站|谷歌学术
P. A. Nauer，E。Chiri，D。DeSouza，L。B。Hutley和S. K. Arndt，“技术注意事项：基于图像的快速现场方法改善了白蚁丘结构和温室气体通量的量化，”生物科学，卷。15，不。12，第3731–3742页，2018年。查看：发布者网站|谷歌学术
C. M. Monreal，Y。Sultan和M. Schnitzer，“栽培黑色Chernozem的纳米级结构中的土壤有机物”，”Geoderma，卷。159，不。1-2，第237–242页，2010年。查看：发布者网站|谷歌学术
J. Lehmann，B。Liang，D。Solomon等人，“近边缘X射线吸收细胞（Nexafs）光谱，用于映射有机碳形式的纳米级分布，以涂层：应用于黑碳颗粒，”全球生物地球化学周期，卷。19，，，，no. 1, 2005.查看：发布者网站|谷歌学术
J. Kinyangi，D。Solomon，B。Liang，M。Lerotic，S。Wirick和J. Lehmann，“土壤中有机代理组合的纳米级生物地球化学”，”美国土壤科学学会杂志，卷。70，不。5，第1708–1718页，2006年。查看：发布者网站|谷歌学术
A。J. Simpson, W. L. Kingery, D. R. Shaw, M. Spraul, E. Humpfer, and P. Dvortsak, “The application of 1H HR-MAS NMR spectroscopy for the study of structures and associations of organic components at the solid−aqueous interface of a whole soil,”环境科学技术，卷。35，不。16，第3321–3325页，2001年。查看：发布者网站|谷歌学术

应用和环境土壤科学

抽象的