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稻田土壤砷还原菌对砷与铁还原释放过程的影响

何香艳  
【摘要】:微生物在土壤氧化态砷(As(Ⅴ))的释放、迁移和转化过程中扮演着重要的角色。为了解析石门雄黄矿污染土壤中的As(Ⅴ)还原性微生物在As迁移转化过程中的作用特征,从雄黄矿区As污染稻田土壤中筛选分离了 5 株好氧性 As(Ⅴ)还原菌 SM4,SM9,SM12,SM14,SM15和厌氧性As(Ⅴ)还原菌群,这些菌株均可以在200 mg/L As(Ⅴ)溶液环境中生长。实验研究了 As(Ⅴ)还原菌对溶解态、吸附态和土壤结合态As(Ⅴ)以及Fe氧化物的还原转化与溶解释放的特点与规律,主要结论如下:(1)5株好氧性As(Ⅴ)还原菌具有较强的As耐性和As(Ⅴ)还原能力:在200 mg/L As(Ⅴ)溶液中,24 h内各菌株均能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ);在2 mg/L As(Ⅴ)溶液中,12 h内能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ);在两种浓度的As(Ⅴ)溶液中各菌株的最大生长量无显著性差异;(2)厌氧性As(Ⅴ)还原菌群虽然也具有较好的As(Ⅴ)耐受性和较强的As(Ⅴ)还原能力,但还原速率相对较低,对于200 mg/L As(Ⅴ)溶液,厌氧菌群需要3 d才能够将As(Ⅴ)完全还原为As(Ⅲ)。(3)针对水铁矿吸附态As(Ⅴ),好氧As(V)还原菌株SM 14在80 h内对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的最大还原量分别为66.72 μM,和2.17 mM;厌氧还原菌群在120 h内对As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ)的最大还原量为63.44 μM,对最大还原量达到2.24 mM。(4)对于土壤固相As(Ⅴ)和Fe(Ⅲ),好氧性As(V)还原菌株SM 14在24 h内对As(Ⅴ)的最大还原量为0.45 μM,在第7d增加至41.64μM;而厌氧还原菌群对土壤固相As(Ⅴ)的最大还原量则相对较低(0.6 μM)。由此可见,As(Ⅴ)还原性微生物在土壤As的还原转化和溶解释放过程中扮演着重要的角色,对于土壤As污染修复具有重要的应用价值:一方面,可通过接种本土好氧性As(Ⅴ)还原菌强化超积累植物(如蜈蚣草)对土壤As的提取效能;另一方面,可在淹水条件下利用厌氧性As(Ⅴ)还原菌促进土壤非稳态As向上覆水中的溶解释放,进而通过排水去除土壤活化态As,降低土壤As生物有效性。


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