溫度對(duì)水稻土中異化鐵還原過(guò)程的影響.pdf

1、異化Fe(Ⅲ)還原作用是一種微生物代謝，該過(guò)程使有機(jī)或無(wú)機(jī)的電子供體以Fe(Ⅲ)作為終端電子受體而被氧化，使Fe(Ⅲ)還原為Fe(Ⅱ)。自然界中只要存在厭氧環(huán)境，幾乎都會(huì)發(fā)生異化Fe(Ⅲ)還原現(xiàn)象，并發(fā)現(xiàn)有異化鐵還原微生物存在。地球化學(xué)證據(jù)表明，F(xiàn)e(Ⅲ)還原可能是地球上最早的呼吸形式之一，它是除了早期地球之外其它熱環(huán)境(Hotbiosphere)中重要的微生物過(guò)程。水稻土作為研究氧化還原的一種模式系統(tǒng)一直受到人們的重視，并且其中鐵的氧

2、化還原占有重要地位，厭氧環(huán)境下氧化鐵還原作用在很大程度上受微生物的影響。在通常條件下，土壤氧化鐵以微生物還原方式為主，而溫度又是微生物生長(zhǎng)和生存的重要影響因素之一，所以，研究不同溫度條件下水稻土中Fe(Ⅲ)微生物的還原特征，不僅可深化人們對(duì)水稻田微生物生態(tài)的認(rèn)識(shí)，而且對(duì)于闡明水稻土的形成及稻田生態(tài)系統(tǒng)中污染物的轉(zhuǎn)化與修復(fù)機(jī)理具有重要的意義。 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

3、研究方法，探討了溫度對(duì)水稻土中異化鐵還原過(guò)程的影響，主要得出以下結(jié)論： (1)恒溫厭氧泥漿培養(yǎng)模式下，10'C-25℃之間4種水稻土異化鐵還原過(guò)程Fe(Ⅱ)的最大累積量，F(xiàn)e(Ⅱ)的累積速率均隨著溫度的升高而升高，且Fe(Ⅱ)累積達(dá)到最大速率所需要的時(shí)間也隨著溫度升高而減少；而在25℃-50℃之間不同水稻土之間表現(xiàn)不同，天津和吉林水稻土異化鐵還原的Fe(Ⅱ)的累積速率隨著溫度升高而增加，廣東和湖南水稻土的Fe(Ⅱ)的累積速率隨著

4、溫度升高而降低，這源于不同地區(qū)的水稻土的微生物群落結(jié)構(gòu)不同以及對(duì)溫度的敏感性不同有關(guān)。 (2)恒溫厭氧泥漿培養(yǎng)模式下，隨著培養(yǎng)溫度的升高水稻土異化鐵還原過(guò)程Fe(Ⅲ)的還原速率也增大，并且減少了Fe(Ⅲ)還原所需要的時(shí)間。Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的比值與體系中的氧化還原電位有正相關(guān)關(guān)系。Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的初始值與土壤pH和有機(jī)質(zhì)含量有一定的相關(guān)關(guān)系。升高溫度也可以促進(jìn)水稻土異化鐵還原過(guò)程Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的降低速率。在1

5、0℃至25℃之間，4種土壤異化鐵還原過(guò)程中Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)增幅之間沒(méi)有顯著差異。10℃-25℃之間Fe(Ⅲ)/Fe(Ⅱ)的速率常數(shù)與Fe(Ⅲ)的還原速率有一定的正相關(guān)關(guān)系。 (3)由轉(zhuǎn)溫培養(yǎng)試驗(yàn)看出，溫度對(duì)鐵還原過(guò)程的影響可能是加速反應(yīng)初期有機(jī)質(zhì)礦化，產(chǎn)生易被鐵還原微生物利用的小分子碳源，從而促進(jìn)土壤中氧化鐵的還原。而當(dāng)培養(yǎng)一段時(shí)間后再升溫時(shí)，易分解的有機(jī)質(zhì)已經(jīng)有所消耗，溫度的效應(yīng)也隨之減弱，故Fe(Ⅱ）的最大累積量也有所

6、降低。 (4)在不同溫度處理對(duì)水稻土微生物群落Fe(Ⅲ)還原能力的影響試驗(yàn)中，隨著處理溫度的隨著處理溫度的上升，F(xiàn)e(Ⅱ)產(chǎn)生量和反應(yīng)速率都呈降低趨勢(shì)。接種的菌液經(jīng)過(guò)40℃處理1h的反應(yīng)速率明顯大于其他3種溫度(70℃、60℃、50℃)處理，70℃處理的Fe(Ⅱ)產(chǎn)生量?jī)H為40℃處理的1/5左右，對(duì)于來(lái)源于吉林水稻土的微生物群落來(lái)說(shuō)，處理溫度為70℃的Fe(Ⅱ)的最大累積量(α)比處理溫度為40℃時(shí)的Fe(Ⅱ)最大累積量(α)降

7、低了81.57％，而來(lái)源于天津和湖南水稻土的微生物群落也分別降低了81.83％和74.77％。表明該溫度對(duì)鐵還原過(guò)程具有明顯的抑制作用。另外，處理溫度的變化對(duì)最大累積速率(Vmax)和鐵還原率也都有明顯的影響，隨著處理溫度的升高都呈下降趨勢(shì)。 (5)微生物群落培養(yǎng)模式下，添加AQDS處理的Fe(OH)3還原速率較對(duì)照明顯增加，證實(shí)了在體系中AQDS作為電子穿梭體起傳遞電子的作用，加速了Fe(Ⅲ)的還原。JL水稻土中的微生物對(duì)Fe

8、(OH3)3的還原速率明顯比TJ、SC水稻土的快，表明不同來(lái)源的微生物對(duì)Fe(OH3)3的還原能力具有一定的差別。此外，在反應(yīng)過(guò)程中JL水稻土的微生物對(duì)AQDS比較敏感，其Fe(Ⅱ)濃度的增加速率較大。溫度從30℃升高到50℃，來(lái)自JL水稻土的微生物群落的Fe(Ⅱ)的產(chǎn)生量和鐵還原速率有所提高，其它2種微生物群落變化不是十分明顯。 (6)純培養(yǎng)條件下，菌株(JX-a03、JX-a08、SC-a04、SC-a11)隨著培養(yǎng)溫度從4