革兰氏阴性菌对黄土饱和渗透性影响的实验研究

发布时间：2020-05-04 20:52

【摘要】：土壤既是微生物的家园,也是其生长繁殖的天然媒介。水溶液的理化性质可显著影响溶液中微生物的生长,当水源中的营养物质进入土壤,土壤重复性的湿润、干燥变化,使土壤含水量变得不稳定,并出现诸如土壤板结等问题。而土壤理化性质的改变作用到土壤中微生物群中,可引起微生物种类的变化,对土壤以及土壤微生物环境造成影响;同时水源营养物中的C、N、P、K等元素,对土壤中微生物的生长有着重要的影响,也使土壤的理化性质发生变化。因此,土壤微生物的生长繁育、代谢规律,尤其是水源营养物中碳氮的改变都影响着土壤的渗透性。通过这些影响规律的研究,对促进土壤的良性循环利用具有重要的意义。本文采用室内试验与理论分析相结合的方法,以陕西泾阳的马兰黄土为例,取马兰黄土中的革兰氏阴性菌作为试验菌种,控制水源营养液中不同C/N比以及黄土中初始不同菌数,系统地研究了革兰氏阴性菌对重塑马兰黄土饱和渗透系数的影响规律。通过对土样中微生物种类、数量、生长速率、EPS以及表面自由能进行分析,研究黄土渗透性变化规律的内在机制。论文研究得到以下认识和结论:(1)马兰黄土中分布有广义细菌、真菌、革兰氏阳性菌及革兰氏阴性菌,其中以革兰氏阴性菌的数量居多。通过对兰氏阴性菌的培养实验发现,当基础培养基中的C/N比从5:1升至40:1时,革兰氏阴性菌的生长速率也依次增大。(2)通过土样的渗透试验发现,随着渗透距离的增加,土样中革兰氏阴性菌的堵塞程度逐渐减小。从时间上来看,起初,土样的渗透性变化并不显著;随着渗透时间的增加,土样的渗透性快速下降,土样中革兰氏阴性菌的堵塞快速发生;渗透最后阶段,革兰氏阴性菌已经彻底堵塞土样,土样的渗透性又逐渐重新趋于稳定。(3)不同C/N比营养物质供给条件下,随着C/N比越大,土样的渗透系数减小的速率越快;不同初始革兰氏阴性菌数量条件下,初始菌的数量越大,渗透系数减小的速率越快;而未添加菌种且供水源为去离子水的土样渗透性前期基本保持不变,后期仅出现略微下降。(4)渗透试验结束后,有营养物质供给条件下的所有渗透土样表面均观测到了革兰氏阴性菌的生物膜,而去离子水条件下的渗透土样未观测到生物膜;试验测定了营养液供给条件下土样中革兰氏阴性菌的表面自由能,不同C/N比营养液的革兰氏阴性菌的表面自由能由大到小顺序为:5:120:110:130:140:1。(5)土样渗透系数的下降是多种因素共同造成的,一是由于营养液C/N比、初始菌数的不同,革兰氏阴性菌的生长特性情况不同;二是由于革兰氏阴性菌生长代谢作用在土样表面形成的生物膜,它影响了革兰氏阴性菌与土样之间的粘附性且占据了黄土孔隙;此外,革兰氏阴性菌代谢所释放的气体也可能产生对渗透的堵塞。
【图文】：

高庄,咸阳市,海拔,泾河

研究区位于陕西省咸阳市的泾阳县，地处关中地区的中部，泾河下游，距西安约 60公里，地理坐标为东经 108°29 40 －108°58 23 ，北纬 34°26 37 －34°44 57 。东与三原、高陵区交界，南与咸阳市渭城区接壤，西隔泾河与礼泉县相望，北依北仲山、嵯峨山与淳化、三原县毗邻，总面积为 780 km2[37]。地势总体来看西北高、东南低，海拔约为 361~1621m。境内北部为石灰岩土石山地，面积约为 97 km2；中部为冲洪积平原，海拔大约在 400m 左右，面积约为 503 km2，地势平坦，土地肥沃，是泾阳果蔬和粮棉菜基地，也是泾阳县重要的工业聚集区，被誉为关中白菜心；南部为黄土台塬区，海拔高程为 420~490m，塬区面积约为 70km2，东西长约 27.1km，横跨太平、蒋刘、高庄三乡镇 21 个行政村，塬面开阔，黄土覆盖层较厚，，利于农作物生长[38]。本次重塑土取样点位于泾阳县高庄镇的大堡子村，如图 2.1 中所示，取样点坐标为北纬 34°29 77 ，东经 108°48 82 ，海拔为 400－500 米，属马兰黄土。马兰黄土呈浅灰黄色，富含孔隙、质地疏松，颗粒较细且均匀，孔隙比在 0.942－0.978 之间，分布有植物根须，发育有虫孔。

装置图,渗透仪,装置图,水箱

式中：LOIW 为供试土样有机质含量，%；1M 为空坩埚质量，g；为灼烧后空坩埚加土样的质量，g；3M 为灼烧前空坩埚加土样的质量，g。根据烧失量法，测得供试马兰黄土的有机质含量为 3.12%。2.3 试验装置及材料2.3.1 渗透试验装置渗透试验装置如图 2.5 所示，主要由 TST-55 型渗透仪、供水瓶（容量为 10000ml）、测压管以及水箱 4 部分组成。试验用的水箱的尺寸为 10cm320cm326cm。该水箱由 6块亚克力玻璃板组成，水箱顶盖因实验需要设计为可拆卸，玻璃板外侧有 12 个孔。水箱底部有 2 个孔，左侧孔为安装有阀门的进水孔，与水箱连接，并且可以调节进水量；右侧孔与测压管连接，监测水箱进水口的水头。其余孔作为调节水力梯度的定水头孔。当渗透试验进行时，供水瓶中的营养液从渗透仪下端进水口流入渗透仪，流经渗透仪内马兰黄土土样，从渗透仪上端的出水口流出。
【学位授予单位】：长安大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：S154.3;S152

【参考文献】