论文部分内容阅读
在厌氧水稻土体系中同时存在着诸如硝酸盐还原、硫酸盐还原及Fe（III）还原等氧化还原过程。通过添加变价元素,一方面可以影响土壤的氧化还原电位,另一方面也改变土壤中电子供体/受体的比例,影响土壤中电子传递的流向。它们是否存在电子受体之间的竞争或产物之间的相互反应,已成为土壤污染修复中的热点问题。Fe（III）和SO42-都是水稻土中主要的电子受体,对厌氧过程中的电子传递具有重要作用。依据热力学原理,渍水土壤中发生硫酸盐还原的氧化还原电位与Fe（III）还原的Eh相当,所以,通常认为沉积物环境中硫酸盐还原和Fe（III）还原可同时发生。但由于铁多以氧化铁的形式存在于沉积物中,尤其是以不溶性的水合氧化铁（HFO）的形式存在,受HFO比表面限制和结晶程度的影响,Fe（III）作为电子受体其竞争力不如SO42-。因此,硫酸盐将有可能作为竞争电子受体影响铁还原过程。土壤中铁还原状态的改变,进一步会影响土壤养分及污染元素的生物有效性。因此,系统开展硫酸盐与铁还原竞争关系的研究,对于正确认识土壤质量及环境质量的变化具有重要的理论和实际意义。本文选择我国典型的水稻土为供试材料,采用厌氧泥浆培养、厌氧微生物群落培养和微生物纯培养的研究方法,通过向培养体系中添加SO42-,探讨了SO42-作为竞争电子受体对不同铁还原体系中Fe（III）还原的影响。为深入了解不同电子受体之间的竞争关系及揭示厌氧水稻土中微生物作用导致的氧化还原过程变化机理提供必要的理论依据。研究主要得出以下结论:（1）在不同类型水稻土的厌氧泥浆培养过程中,Fe（III）还原速率均随着添加SO42-浓度的增加而降低,但Fe（II）的最终累积量却较对照处理有明显的增加。添加SO42-对Fe（III）还原速率的影响表现为:石灰性水稻土﹥酸性水稻土;而最终Fe（II）累积增加率则为:酸性水稻土﹥石灰性水稻土。（2）添加不同浓度乳酸盐的试验表明,土壤中微生物可以利用的碳源数量（电子供体）越多,SO42-对异化Fe（III）还原过程的电子竞争利用越明显。（3）添加SO42-对不同水稻土微生物群落的Fe（III）还原过程均能产生强烈的抑制作用。表现为Fe（OH）3还原过程滞后,添加的SO42-浓度越大,其滞后效应越明显;添加SO42-可使Fe（III）还原的潜力增强,其后期反应速率显著增大,Fe（II）的最终累积量达到与对照同等水平。说明添加SO42-对Fe（III）存在明显的电子竞争关系,能导致电子的分流,使Fe（III）还原反应滞后;同时,硫酸盐还原微生物代谢过程能产生一些小分子有机酸,又可促进Fe（III）还原的进行,而且部分硫酸盐还原菌利用Fe（III）作为电子受体促进了Fe（III）还原。（4）在利用铁还原菌的纯培养试验中,添加SO42-对供试的四株铁还原菌的Fe（III）还原过程并未产生抑制效应,表明铁还原菌本身并不受SO42-的影响。SO42-对Fe（III）表现的抑制作用不是通过直接作用于铁还原菌,而是通过硫酸盐还原菌对电子流的竞争影响氧化铁的还原过程。（5）在土壤泥浆光照培养试验中,光照培养初期Fe（II）累积量呈升高的趋势,随着光照导致的蓝细菌的不断产生,Fe（II）累积量开始降低。光照转为避光培养后,Fe（II）累积量均迅速增大,表明光照可以引起土壤中铁氧化还原平衡状态的变化。（6）对厌氧光照培养条件下出现的绿色微生物菌体进行镜检及叶绿素光谱扫描发现,两种水稻土在光照培养条件下均产生具有光合放氧能力的蓝细菌,其特征光吸收波长为664 nm。验证了光照体系中水稻土Fe（II）累积量降低是由于蓝细菌利用光合系统Ⅱ进行产氧光合作用引起的化学氧化所导致的。（7）SO42-加入后可以显著改变光合细菌的生物代谢过程,延迟Fe（II）的氧化过程,且推迟的时间随着SO42-浓度的增大而增加。SO42-加入后,光合细菌的生物代谢过程由分解H2O转移为利用H2S,减少了O2的释放,导致土壤中Fe（II）的氧化过程减弱。