硫酸鹽對水稻土中異化鐵還原過程的影響.pdf

1、在厭氧水稻土體系中同時存在著諸如硝酸鹽還原、硫酸鹽還原及Fe(Ⅲ)還原等氧化還原過程。通過添加變價元素，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爭或產(chǎn)物之間的相互反應，已成為土壤污染修復中的熱點問題。Fe(Ⅲ)和S042-都是水稻土中主要的電子受體，對厭氧過程中的電子傳遞具有重要作用。依據(jù)熱力學原理，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，所以，通常認為沉積物環(huán)境中硫酸鹽還原和Fe(Ⅲ)還原可同時發(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比表面限制和結晶程度的影響，F(xiàn)e(Ⅲ)作為電子受體其競爭力不如SO42-。因此，硫酸鹽將有可能作為競爭電子受體影響鐵還原過程。土壤中鐵還原狀態(tài)的改變，進一步會影響土壤養(yǎng)分及污染元素的生物有效性。因此，系統(tǒng)開展硫酸鹽與鐵還原競爭關系的研究，對于正確認識土壤質量及

3、環(huán)境質量的變化具有重要的理論和實際意義。 本文選擇我國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，通過向培養(yǎng)體系中添加SO42-，探討了SO42-作為競爭電子受體對不同鐵還原體系中Fe(Ⅲ)還原的影響。為深入了解不同電子受體之間的競爭關系及揭示厭氧水稻土中微生物作用導致的氧化還原過程變化機理提供必要的理論依據(jù)。研究主要得出以下結論： (1)在不同類型水稻土的厭氧泥漿培養(yǎng)過程中，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照處理有明顯的增加。添加SO42-對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+對異化Fe(Ⅲ)還原過程的電子競爭利用越明顯。 (3)添加SO42-對不同水稻土微生物群落的

5、Fe(Ⅲ)還原過程均能產(chǎn)生強烈的抑制作用。表現(xiàn)為Fe(OFF)3還原過程滯后，添加的8042-濃度越大，其滯后效應越明顯；添加S042-可使Fe(Ⅲ)還原的潛力增強，其后期反應速率顯著增大，F(xiàn)e(Ⅱ)的最終累積量達到與對照同等水平。說明添加S042-對Fe(Ⅲ)存在明顯的電子競爭關系，能導致電子的分流，使Fe(Ⅲ)還原反應滯后；同時，硫酸鹽還原微生物代謝過程能產(chǎn)生一些小分子有機酸，又可促進Fe(Ⅲ)還原的進行，而且部分硫酸鹽還原菌利用F

6、e(Ⅲ)作為電子受體促進了Fe(Ⅲ)還原。 (4)在利用鐵還原菌的純培養(yǎng)試驗中，添加S042-對供試的四株鐵還原菌的Fe(Ⅲ)還原過程并未產(chǎn)生抑制效應，表明鐵還原菌本身并不受S042-的影響。S042-對Fe(Ⅲ)表現(xiàn)的抑制作用不是通過直接作用于鐵還原菌，而是通過硫酸鹽還原菌對電子流的競爭影響氧化鐵的還原過程。 (5)在土壤泥漿光照培養(yǎng)試驗中，光照培養(yǎng)初期Fe(Ⅱ)累積量呈升高的趨勢，隨著光照導致的藍細菌的不斷產(chǎn)生，F(xiàn)e

7、(Ⅱ)累積量開始降低。光照轉為避光培養(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)對厭氧光照培養(yǎng)條件下出現(xiàn)的綠色微生物菌體進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細菌，其特征光吸收波長為664nm。驗證了光照體系中水稻土Fe(Ⅱ)累積量降低是由于藍細菌利用光合系統(tǒng)Ⅱ進行產(chǎn)氧光合作用引起的化學氧化所導致的。 (7)S042-加入后可以顯著