铁还原菌对土壤胶体与砷相互作用的影响研究

发布时间：2020-08-21 14:37

【摘要】：砷是一种普遍存在的有毒元素,能被土壤胶体有效吸附,但铁还原细菌对土壤胶体中含铁矿物的还原作用会引起砷的释放。水稻土作为一种典型的厌氧环境,铁还原对水稻土砷迁移转化的影响引起了越来越多的关注。目前,国内外研究主要集中于铁还原细菌的筛选、铁还原细菌作用下铁和砷形态转化、铁氧化物对砷的吸附等方面,对于高砷酸性矿山废水影响下水稻土微生物群落变化,铁还原细菌对胶体性质变化和土壤胶体与砷的相互作用的影响,铁还原细菌在不同pH条件下对砷、铁释放的影响研究相对较少。基于此,本研究通过高通量测序技术,研究水稻土中铁还原细菌分布和高砷酸性矿山废水灌溉的水稻土微生物群落结构及多样性变化;通过土壤胶体悬液恒温厌氧培养试验,研究铁还原菌对土壤胶体性质和砷吸附的影响;以载砷土壤胶体为研究对象,探究酸性和中性条件土著微生物和金属还原地杆菌(Geobacter metallireducens,GS-15)作用下铁和砷释放的规律。研究得出如下结论:(1)污灌区土壤受酸性矿山废水的影响,造成微生物多样性指数显著降低,OUT数与土壤pH呈显著正相关关系,OUT、Chao1和ACE指数与土壤As含量呈显著负相关关系;AMD影响下微生物群落结构发生明显变化,嗜酸细菌和Fe、S代谢细菌在污灌区相对丰度较高;水稻土中共发现19种铁还原菌属,主要包括地杆菌属、厌氧粘细菌、脱硫芽孢弯曲菌属等。(2)厌氧培养实验表明,铁还原细菌GS-15和土著微生物均使土壤胶体粒径变小、比表面积增大,铁矿物含量下降;GS-15细菌作用下Zeta电位减小,土著微生物作用下胶体悬液Zeta电位增大;土壤胶体的表面形貌无明显变化。(3)GS-15使胶体悬液pH先降低后升高,而土著微生物作用下pH明显升高;GS-15和土著微生物均使土壤胶体悬液Eh显著降低,铁还原率显著升高。GS-15和土著细菌作用下厌氧培养前期As的最大吸附量较对照试验降低,随着培养时间增加,细菌作用下胶体对As的吸附能力增强,至培养21天后各处理As吸附量无明显差异。(4)初始pH=3的载砷土壤胶体悬液pH、Eh变化不大,各处理Fe(II)浓度无显著差异;初始pH=7时,随培养时间的增加pH升高,Eh降低,土著微生物作用下Fe(II)浓度较对照升高了0.62~32.26 mg.L~(-1);GS-15作用下Fe(II)浓度至培养21天后较对照升高了2.57~23.21 mg.L~(-1)。(5)初始pH=3的载砷土壤胶体主要以As(V)形式快速释放,而初始pH=7时主要以As(III)形式释放。中性条件土著微生物作用下As释放量较对照升高了0.01~2.04 mg.L~(-1);随培养时间增加,GS-15作用下As释放量也增加。中性条件下土壤胶体悬液中Fe(II)与总As存在显著正相关性。
【学位授予单位】：贵州大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：X53;X172
【图文】：

技术路线图,技术路线,贵州大学,硕士论文

技术路线

指数,相关性,微生物群落,土壤有机质含量

贵州大学硕士论文为了进一步分析土壤 As 含量对微生物多样性的影响，借鉴 Go biewski 等非线性回归分析的方法(Huaidong et al., 2017 , Go biewski et al., 2014)，分析结果如图 2-1 所示。As 与 Chao 1 和 ACE 均存在显著负相关关系(P<0.05) ，随着土壤As 含量的升高，Chao 1 和 ACE 指数显著降低。其中污灌区土壤 S3 物种多样性较高，其原因可能是 S3 的有机质含量、总氮、总磷含量较高，为微生物提供丰富的碳源和氮源，利于微生物的生长。其他研究也表明微生物群落的丰度、多样性和均匀性受土壤有机质含量的影响，在土壤有机质含量较高的黑土中微生物群落的丰度较高(焦晓光等, 2011)。

曲线,指数,菌属,曲线

17图 2-3 Shannon 指数稀释曲线Fig. 2-3 Rarefaction curve of Shannon index.3 AMD 灌溉水稻土微生物群落结构变化土壤样品共检测出 44 个门，77 个纲，103 个目，241 个科和 751 个属高的多样性。样品在属水平上的细菌群落组成如图 2-4 所示。由于检测菌属的数目较多，图中仅列出了相对丰度较高的菌属，其余菌属用 o。主要的菌属包括：酸杆菌属(Gp1,2.18%~12.73%)、Gp16(1.85%~5.57

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