硫酸鹽對(duì)水稻土中異化鐵還原過(guò)程的影響.pdf

1、在厭氧水稻土體系中同時(shí)存在著諸如硝酸鹽還原、硫酸鹽還原及Fe(Ⅲ)還原等氧化還原過(guò)程。通過(guò)添加變價(jià)元素，一方面可以影響土壤的氧化還原電位，另一方面也改變土壤中電子供體/受體的比例，影響土壤中電子傳遞的流向。它們是否存在電子受體之間的競(jìng)爭(zhēng)或產(chǎn)物之間的相互反應(yīng)，已成為土壤污染修復(fù)中的熱點(diǎn)問(wèn)題。Fe(Ⅲ)和S042-都是水稻土中主要的電子受體，對(duì)厭氧過(guò)程中的電子傳遞具有重要作用。依據(jù)熱力學(xué)原理，漬水土壤中發(fā)生硫酸鹽還原的氧化還原電位與Fe(Ⅲ

2、)還原的Eh相當(dāng)，所以，通常認(rèn)為沉積物環(huán)境中硫酸鹽還原和Fe(Ⅲ)還原可同時(shí)發(fā)生。但由于鐵多以氧化鐵的形式存在于沉積物中，尤其是以不溶性的水合氧化鐵(HIFO)的形式存在，受HFO比表面限制和結(jié)晶程度的影響，F(xiàn)e(Ⅲ)作為電子受體其競(jìng)爭(zhēng)力不如SO42-。因此，硫酸鹽將有可能作為競(jìng)爭(zhēng)電子受體影響鐵還原過(guò)程。土壤中鐵還原狀態(tài)的改變，進(jìn)一步會(huì)影響土壤養(yǎng)分及污染元素的生物有效性。因此，系統(tǒng)開(kāi)展硫酸鹽與鐵還原競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系的研究，對(duì)于正確認(rèn)識(shí)土壤質(zhì)量及

3、環(huán)境質(zhì)量的變化具有重要的理論和實(shí)際意義。 本文選擇我國(guó)典型的水稻土為供試材料，采用厭氧泥漿培養(yǎng)、厭氧微生物群落培養(yǎng)和微生物純培養(yǎng)的研究方法，通過(guò)向培養(yǎng)體系中添加SO42-，探討了SO42-作為競(jìng)爭(zhēng)電子受體對(duì)不同鐵還原體系中Fe(Ⅲ)還原的影響。為深入了解不同電子受體之間的競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系及揭示厭氧水稻土中微生物作用導(dǎo)致的氧化還原過(guò)程變化機(jī)理提供必要的理論依據(jù)。研究主要得出以下結(jié)論： (1)在不同類(lèi)型水稻土的厭氧泥漿培養(yǎng)過(guò)程中，F(xiàn)

4、e(Ⅲ)還原速率均隨著添加SO42-濃度的增加而降低，但Fe(Ⅱ)的最終累積量卻較對(duì)照處理有明顯的增加。添加SO42-對(duì)Fe(Ⅲ)還原速率的影響表現(xiàn)為：石灰性水稻土>酸性水稻土；而最終Fe(Ⅱ)累積增加率則為：酸性水稻土>石灰性水稻土。 (2)添加不同濃度乳酸鹽的試驗(yàn)表明，土壤中微生物可以利用的碳源數(shù)量(電子供體)越多，SO42+對(duì)異化Fe(Ⅲ)還原過(guò)程的電子競(jìng)爭(zhēng)利用越明顯。 (3)添加SO42-對(duì)不同水稻土微生物群落的

5、Fe(Ⅲ)還原過(guò)程均能產(chǎn)生強(qiáng)烈的抑制作用。表現(xiàn)為Fe(OFF)3還原過(guò)程滯后，添加的8042-濃度越大，其滯后效應(yīng)越明顯；添加S042-可使Fe(Ⅲ)還原的潛力增強(qiáng)，其后期反應(yīng)速率顯著增大，F(xiàn)e(Ⅱ)的最終累積量達(dá)到與對(duì)照同等水平。說(shuō)明添加S042-對(duì)Fe(Ⅲ)存在明顯的電子競(jìng)爭(zhēng)關(guān)系，能導(dǎo)致電子的分流，使Fe(Ⅲ)還原反應(yīng)滯后；同時(shí)，硫酸鹽還原微生物代謝過(guò)程能產(chǎn)生一些小分子有機(jī)酸，又可促進(jìn)Fe(Ⅲ)還原的進(jìn)行，而且部分硫酸鹽還原菌利用F

6、e(Ⅲ)作為電子受體促進(jìn)了Fe(Ⅲ)還原。 (4)在利用鐵還原菌的純培養(yǎng)試驗(yàn)中，添加S042-對(duì)供試的四株鐵還原菌的Fe(Ⅲ)還原過(guò)程并未產(chǎn)生抑制效應(yīng)，表明鐵還原菌本身并不受S042-的影響。S042-對(duì)Fe(Ⅲ)表現(xiàn)的抑制作用不是通過(guò)直接作用于鐵還原菌，而是通過(guò)硫酸鹽還原菌對(duì)電子流的競(jìng)爭(zhēng)影響氧化鐵的還原過(guò)程。 (5)在土壤泥漿光照培養(yǎng)試驗(yàn)中，光照培養(yǎng)初期Fe(Ⅱ)累積量呈升高的趨勢(shì)，隨著光照導(dǎo)致的藍(lán)細(xì)菌的不斷產(chǎn)生，F(xiàn)e

7、(Ⅱ)累積量開(kāi)始降低。光照轉(zhuǎn)為避光培養(yǎng)后，F(xiàn)e(Ⅱ)累積量均迅速增大，表明光照可以引起土壤中鐵氧化還原平衡狀態(tài)的變化。 (6)對(duì)厭氧光照培養(yǎng)條件下出現(xiàn)的綠色微生物菌體進(jìn)行鏡檢及葉綠素光譜掃描發(fā)現(xiàn)，兩種水稻土在光照培養(yǎng)條件下均產(chǎn)生具有光合放氧能力的藍(lán)細(xì)菌，其特征光吸收波長(zhǎng)為664nm。驗(yàn)證了光照體系中水稻土Fe(Ⅱ)累積量降低是由于藍(lán)細(xì)菌利用光合系統(tǒng)Ⅱ進(jìn)行產(chǎn)氧光合作用引起的化學(xué)氧化所導(dǎo)致的。 (7)S042-加入后可以顯著