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铁、铬的还原是环境中重要的生物地球化学过程。铁是存在于地壳中主要的元素,是土壤的活性组分,铁的还原对水稻土的形成发育具有重要的影响。随着铬在工业上的大量应用,铬已经成为环境中主要的污染元素,铬的还原对环境净化处理具有重要的意义。腐殖酸普遍存在于环境中,含有丰富的官能团,具有很高的反应活性,它作为电子传递体能够促进微生物还原金属离子的过程,对整个土壤和水生生态系统起着至关重要的调节作用。
溶液培养条件下腐殖酸对铁异化还原过程的影响结果表明:不同来源的腐殖酸对铁异化还原的影响差异显著。单独添加腐殖酸对氧化铁的还原几乎没有影响;而当同时添加腐殖酸与葡萄糖时,培养基质中氧化铁的还原过程显著加强;腐殖酸浓度越高对氧化铁还原的促进作用越明显。不同来源的腐殖酸因其复杂程度和结构不同,对氧化铁还原的促进作用有明显差异,其中从山西大同风化煤提取的腐殖酸(HAs)促进作用最大,从云南昆明滇池底泥(HAk)和河南巩县褐煤(HAh)提取的腐殖酸之间则无显著差异。
溶液培养条件下腐殖酸对Cr(Ⅵ)的微生物还原的影响结果表明,在有充足碳源存在条件下腐殖酸能够发挥其电子传递作用促进Cr(Ⅵ)的微生物还原过程。腐殖酸促进Cr(Ⅵ)还原的作用随其添加浓度的升高而增强,腐殖酸浓度为0.02g/L时其促进作用较微弱,而2.00 g/L时,培养期间Cr(Ⅵ)的还原率达到95%以上。腐殖酸的结构组成差异对其作用于Cr(Ⅵ)的微生物还原过程有重要的影响,腐殖化程度相对较高的HAk和HAs对Cr(Ⅵ)的微生物还原的促进作用明显,HAk更因含有一定量的多糖或类多糖物质而加快了Cr(Ⅵ)的微生物还原过程,而HAh对微生物还原Cr(Ⅵ)的影响较小。
通过分别添加、及共同添加葡萄糖和不同来源的腐殖酸,观察厌氧条件下腐殖酸对红壤中铁的异化还原作用的影响。结果表明,红壤单独培养条件下,Fe(Ⅱ)浓度培养前后没有发生变化。添加葡萄糖促进了铁的异化还原,培养至12 d其Fe(Ⅱ)浓度为培养前的25倍。腐殖酸不能作为电子供体促进铁的异化还原,单独添加时红壤中Fe(Ⅱ)浓度没有发生变化,而同时添加葡萄糖情况下,培养前期促进而后期减弱铁的异化还原,其Fe(Ⅱ)浓度增幅仅为单独添加葡萄糖处理的35%。腐殖酸的浓度对红壤中铁的异化还原作用有影响,浓度为2.00g/kg时培养前期促进而后期减弱铁的异化还原,低浓度时(0.20和0.02g/kg)影响很小。不同来源的腐殖酸对红壤中铁异化还原过程的影响不同。培养前期,HAs、HAh和HAk都促进了红壤中铁的异化还原;培养后期,HAk依然发挥促进作用,其Fe(Ⅱ)浓度始终高于G处理,而添加HAs和HAh的处理培养至7天Fe(Ⅱ)仅为单独添加葡萄糖处理的14%和25%,减弱了铁的异化还原。
厌氧条件下腐殖酸对红壤中微生物还原铬的影响结果表明,葡萄糖作为碳源促进了微生物对Cr(Ⅵ)的还原。腐殖酸在加入之初具有促进土壤中Cr(Ⅵ)的溶解和作为电子传递体促进其微生物还原的作用,但对微生物还原Cr(Ⅵ)的最终效果没有影响。浓度为2.00g/kg的腐殖酸对土壤中微生物还原Cr(Ⅵ)的过程有一定的影响,而0.20和0.02g/kg的浓度效果不显著。腐殖酸的结构组成不同造成其对微生物还原Cr(Ⅵ)过程的作用有差异,其中脂肪族含量较高并含有一定量的糖类或类多糖结构的HAk加快了微生物对Cr(Ⅵ)的还原,而芳香化程度较高的HAs和HAh则对微生物还Cr(Ⅵ)的最终效果没有影响。
厌氧条件下腐殖酸对不同肥力水稻土中铁异化还原过程的影响结果表明,肥力高的水稻土中较容易发生Fe(Ⅲ)的异化还原,但其能够被还原产生的Fe(Ⅱ)量则减少。高肥水稻土中含有较多的有机质,添加2.00g/kg浓度范围内的腐殖酸和/或葡萄糖(含碳量等同于2.00g/kgHAs)对土壤中铁的异化还原过程均没有影响。中肥水稻土中添加葡萄糖在培养前期反而会显示出微弱的抑制作用。不同来源的腐殖酸对铁的异化还原过程均有一定的促进作用,但作用较小,在有葡萄糖存在条件下被其抑制作用抵消。低肥水稻土的有机质含量低,添加外源腐殖酸和/或葡萄糖均有促进铁异化还原过程的作用,葡萄糖的作用大于腐殖酸。腐殖酸的浓度为2.00g/kg时才表现出一定的促进作用,浓度为0.20和0.02g/kg时其作用不明显。不同来源的腐殖酸由于其结构组成的差异对低肥水稻土中铁的异化还原的促进作用有区别,HAh和HAk的促进作用大于HAs,这可能与腐殖酸的腐殖化程度,芳香化程度,醌基的含量及水稻土的吸附特性和其它共存物质有关。