用电子显微镜、电子探针等电子光学仪器，在超微[mm（10^-3m）～nm（10^-9m）]范围内，直接形象地观察土壤显微形貌，剖析土壤矿物晶体结构，分析土壤微区成分的一种超显微分析技术。

①快速、灵敏、样品量少；②不破坏样品的原始形貌和组分，能保持土壤原有的空间分布；③在观察试样形貌的同时，可进行微区元素成分的定性和定量分析。

超显微技术发展很快，方法日益增多，其适用于土壤研究的主要方法简述如下：

透射电镜分析技术

透射电镜（TEM）的成像是利用极短的电子波，在几万伏加速电压作用下，电子束穿过样品，在荧光屏上形成高分辨率电子显微图像，其分辨率约0.3纳米。用于透射电镜分析的试样，必须制成电子能穿透厚度约10～200纳米的薄层样品。①对颗粒状样品，要求分散性好，均匀分布于铜网上；②对于厚度大或易受电子辐射损伤的样品，需用薄膜变型试样表面，将薄膜置于电镜下观察；③超薄片的制备，用超薄片技术或离子减薄技术，将试样切成厚度小于0.1毫米的薄片，以观察土壤内部的超微结构和矿物晶格象。

扫描电镜分析技术

扫描电镜（SEM）是以电子透镜将电子束斑缩小到几十nm，用偏转系统使电子束在样品上作光栅状扫描，而电子束所到之处激发出次级电子，经探测器收集后成为信号，然后调制一个扫描显像管的亮度，并使样品表面的凹凸程度与次级电子信号强弱相对应，这样，朝向探测器的部分发出的次级电子多、亮度高；背向探测器部分就显得暗，因而产生富有立体感的扫描电子图像。目前扫描电镜分辨率可达6纳米左右，主要用于观察固体表面形貌。其制样方法比较简单，金属样品可不经预处理直接观察；生物样品及土壤矿物等非金属样品，需经脱水干燥处理后，在试样表面喷镀金属薄膜，以提高次级电子发射率。

电子探针分析技术

全称为电子探针X射线显微分析（EPMA），用电子束轰击样品，使样品微区内所含元素的原子激发，产生特征X射线的波长和强度，通过X射线波谱系统（分析范围Be⁴→U⁹²），或X射线能谱分析系统（分析范围Na¹¹→U⁹²），将各种特征X射线转换成电信号，分别输入记录仪和显示系统，即可获得定性或定量的分析数据。但用于电子探针分析的试样表面，要求光滑平整，导电性好，因此必须将样品制成光片，并喷镀导电的碳膜或金属膜。

土壤研究引进超显微技术，有助于鉴别光学显微镜不能分辨的土壤微观特征和功能，因而得到广泛应用。

鉴定粘土矿物

土壤中粘土矿物不但颗粒细小（一般＜1～2微米），并且常以复杂的多矿物集合体存在，应用透射电镜及电子衍射分析，可观察粘土矿物的形貌、大小、结晶程度，鉴定矿物类型，研究内部结构。例如，高岭石及埃洛石化学成分近似，用其他方法较难区别，但在电镜下前者具有假六片状晶形（照片1），后者具有空心管状晶形，二者显微形貌有明显差别。利用电镜可以清晰地鉴定矿物结晶形貌及晶面上的阶梯，研究其矿床成因与结晶度以及农业利用的关系，如照片2显示磷灰石棱柱状晶体形貌。对于土壤中硅、铁、铝氧化物、非晶质或凝胶类矿物的鉴定，能区分某些X衍射分析无法鉴定的矿物，例如，水铁矿、水铝英石、伊毛缟石、硅藻等。而高分辨电镜则可直接观察土壤、矿物内部的超微结构、晶格象及晶体的位错和缺陷等，从而使研究层状硅酸盐中晶层叠置的有序度及混层矿物的结构成为可能。

图1 高岭石×22000（TEM）

观察原状土壤显微结构和孔隙

由于扫描电镜的试样能保持土壤原有的空间分布，因此能直接观察结构内部各种桥键与颗粒之间结合状态，指示土壤颗粒表面与溶液离子、微生物及植物根系之间的相互关系，是研究环境对土壤微结构、孔隙影响的重要方法之一。

研究矿物的风化和形成

超显微技术可鉴定矿物的结晶类型。分辨土壤中矿物的表面阶梯、擦痕、及溶蚀、演变程度，土壤中新形成的各种盐类结晶，可以避免受化学浸提处理后引起组分、形状的变化。照片3显示土壤中水云母结晶的空间分布。

土壤有机质及微生物方面的应用

利用电镜可测定各类腐殖酸的形状、大小、显微结构，剖析有机酸与金属离子或粘土矿物复合的类型和程度。与光学显微技术配合，可研究各种微生物及病毒的形态、结构，以及它们在土壤生物体中的着生情况。

图2 磷灰石×1900（TEM）

图3 水云母（SEM）

检测元素的成分和含量

电子探针能快速检测土壤、植物体系中微量元素和毒害元素的成分和含量，鉴定矿物中稀有元素和矿物晶体的化学组成，并可对土壤中原生矿物向次生矿物蚀变过程中元素的迁移、富集，土壤新生体、胶膜中元素的分布及组合等进行纵深和截面的微区分析。

随着自动化程度的提高，图像分析技术的改进，超显微技术已迅速发展成为研究土壤的重要手段。