硅酸盐岩的化学风化在长时间尺度上消耗大气二氧化碳，从而起到调控地表温度和生命宜居性的作用。钾（K）是一种主要造岩元素且主要赋存在硅酸盐矿物中，因此K的生物地球化学循环和碳循环息息相关。K也是一个重要的亲生命元素，尤其是在植物细胞中参与了一系列的生物化学过程，是光合作用中多种酶的活化剂，能够调节细胞膜电极性、渗透压平衡等。生命活动需要的K主要来自于土壤，而土壤中的K主要来源于地表岩石矿物的化学风化。所以植物的新陈代谢类似于一个巨大的地球化学泵，加速了化学风化的进程，土壤与植物的相互作用是全球K循环中的重要环节。已有数据表明河流溶解K相对于风化输入存在亏损，因此硅酸盐风化产生的K有很大一部分留在土壤关键带，理清K在土壤-植物系统内的迁移，对于理解表生地球化学循环和化学风化作用有着重要意义。
以往对于土壤K循环的研究主要依赖于K含量的测试，很难区分植物体内土壤K的具体来源。对于土壤内不同形态K（溶解态、可交换态、粘土矿物层间态、以及矿物态）的转换以及植物在这其中起到的作用还很不清楚。钾同位素（δ⁴¹K）则有可能为上述过程提供新的示踪手段。本研究通过温室栽培玉米来探索植物生长过程对土壤K循环的影响（图1）。通过瑞利分馏模型首次限定了玉米植株与土壤之间的分馏系数为−0.37‰，显示植物在生长过程中优先利用轻K同位素（图2）。这可能和土壤溶液中K离子向植物根系的扩散或者植物根系对K离子的运输过程有关。此外我们还利用⁴¹K同位素标记法计算了K肥（KCl）利用率，结果显示植株内高达60~80%的K可以来源于施加的K肥，且随着施加K肥浓度的增加而升高。与传统的利用差异法计算得到的利用率相比，同位素法得到的结果更精确，并进一步揭示了植物在不同K浓度条件下对土壤中其他形态K的活化迁移。从而为更好的理解K在土壤中的循环以及植物在其中起到的作用提供了新的研究思路。

土壤钾循环,钾同位素,地球关键带