铁还原菌shewanella oneidensis MR-1对根表铁膜中砷运移的影响

水稻根表铁膜是控制砷在根际-植物体系转运的重要区域,但是其中铁还原微生物对砷运移的作用并不清楚.实验以吸附砷磷的水铁矿以及野外采集水稻根系为研究对象,分析铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1还原铁膜内铁氧化物过程中,铁还原、砷释放和固定速率.研究表明铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1可以将水稻根表铁膜中的Fe(Ⅲ)快速还原为Fe(Ⅱ)并释放到溶液中.溶液中的砷在48 h内达到最大值18 μmol·L-1,之后逐渐下降,120 h之后,与最大值相比减少了约60%.利用吸附砷的水铁矿模拟铁膜砷释放过程发现,微生物的固定作用是造成溶液中砷含量下降的主要原因之一.本研究表明,促进根际微生物的大量生长,可能是降低土壤环境中砷风险的途径之一.     

微生物铁氧化作用对砷迁移转化的影响

采用厌氧培养的方法,从砷污染的水稻土中富集依赖硝酸盐的铁氧化菌群,通过监测培养体系中Fe和As的形态变化模拟水稻厌氧条件下微生物铁氧化过程对As迁移转化的影响.结果表明,约96%外源添加的Fe(Ⅱ)可在10d内氧化成Fe(Ⅲ),As(Ⅲ)对Fe(Ⅱ)的初期氧化速率具有一定的抑制作用;在微生物铁氧化过程中,As(Ⅲ)被氧化成As(V),并吸附在生成的铁氧化物表面或与其共沉淀.微生物的铁氧化过程可能降低了As的移动性,从而抑制水稻对砷的吸收,降低了砷污染对人体健康的风险.     

硅肥等量施用对土壤镉生物有效性和水稻吸收镉的影响

为研究硅（Si）肥等量施用对水稻不同生育期吸收镉（Cd）和土壤Cd生物有效性的影响,采用5种不同种类的Si肥（SiO₂用量为225 kg ·hm^-2）开展田间小区试验.结果表明,随着水稻生育期的延长,水稻根系和茎叶的Cd含量增加;施用Si肥,不同生育期水稻根系、茎叶和籽粒Cd含量平均分别降低14.9%、28.2%和12.2%;硅钙镁铁肥（SiCaMgFe）和水溶Si肥（SiW）处理,籽粒Cd含量分别比对照处理降低21.1%（P<0.05）和21.2%（P<0.05）;水稻根表铁膜中Cd含量（DCB-Cd）随着水稻生育期延长而增加,施用Si肥,水稻不同生育期DCB-Cd含量有高有低,DCB-Cd是根系Cd含量的15.8%~42.8%;与对照相比,施用Si肥水稻成熟期土壤可交换态Cd （Exc-Cd）含量平均降低36.4%,其它形态的含量平均增加12.5%~48.2%.水稻全生育期根系Cd与Si呈极显著负相关,与DCB-Cd呈极显著正相关,DCB-Cd与土壤有效态Cd和有效态Si呈极显著负相关,土壤Exc-Cd与Carb-Cd呈极显著负相关,土壤有效态Cd与pH值呈显著负相关.施用相同Si肥用量,SiCaMgFe和SiW处理降低水稻Cd含量的效果好;施用Si肥通过提高土壤pH值和土壤有效Si含量、降低土壤有效态Cd和Exc-Cd含量,促进Exc-Cd向Carb-Cd转移,减少根表铁膜对Cd的吸附,从而减少水稻对土壤Cd的吸收.     

磷酸铁污泥的生物还原释磷及其影响因素研究

以污水处理厂化学除磷工艺产生的磷酸铁(FePO4)污泥为研究对象,在厌氧条件下,考察了铁还原细菌(IRB)还原FePO4释放磷的可行性,并探讨了不同碳源、C/Fe摩尔比、添加蒽醌-2,6-二磺酸盐(AQDS)对IRB利用FePO4还原释磷的影响.研究结果表明,通过驯化可从普通活性污泥富集IRB,且利用IRB可对难溶性沉淀FePO4进行生物还原.IRB能够利用葡萄糖、乙酸钠及丙酸钠作为唯一电子供体,使FePO4发生异化还原,产生Fe(Ⅱ)并释放磷酸盐,且泥水混合液中Fe(Ⅱ)累积量与上清液中磷累积量变化趋势一致.在等摩尔碳量前提下,葡萄糖为碳源时释磷率可达51.6%,比乙酸钠和丙酸钠分别高13.8%和20.3%;以葡萄糖为碳源,C/Fe摩尔比为5:1时释磷率最大;添加电子穿梭体AQDS可使FePO4污泥释磷率提高12.6%.     

厌氧条件水稻土铁对砷释放的影响

水稻土无定型铁矿物是砷的重要吸附载体,水稻种植需要经历的淹水厌氧阶段能促进铁矿物还原溶解并使其吸附的砷释放进入水稻土溶液.本研究重点考察了厌氧环境中水稻土在培养液的富集培养下不同形态砷对砷释放的贡献作用,并探究淹水缺氧环境下水稻土无定型铁矿物对砷迁移转化的影响.结果表明,相比于第一阶段,第二阶段培养液中铁(Ⅱ)和总砷浓度均显著提高(P0.05),其中两个阶段的土壤溶液均主要来源于可交换态砷(F1)和专属吸附态砷(F2),且两个阶段的培养液砷与F1+F2均呈显著正相关关系,分别为r=0.73,P0.05和r=0.657,P0.05,无定型铁结合态砷(F3)与砷浓度呈不显著正相关.两阶段的水稻土不同形态铁与培养液砷浓度均存在一定关系,水稻土盐酸提取铁(Ⅱ)浓度与砷浓度呈显著正相关(r=0.577,P0.05;r=0.613,P0.05),无定型铁矿物与砷存在负相关关系(r=-0.428,P=0.126;r=-0.564,P0.05).因此,厌氧环境下水稻土中处于亚稳状态的无定型铁矿物在总体上能有效地吸持固定砷从而抑制砷的移动和迁移.     

长江中下游两种典型水稻土微生物对砷污染的响应

基于温室盆栽实验,利用磷脂脂肪酸分析(PLFA)方法研究了As污染、土壤类型和水稻品种对水稻抽穗期土壤微生物群落的影响.结果表明,水稻土土壤中微生物生物总量(总PLFAs)以及微生物组成均不同程度的受到了As污染、土壤类型及水稻品种的影响;As污染增加了土壤总PLFAs,黄泥田的土壤总PLFAs、真菌/细菌(F/B)、革兰氏阳性细菌/阴性细菌(G+/G-)、腐生真菌/丛枝菌根真菌(SF/AMF)显著高于红泥田;在黄泥田中,种植籼稻品种的土壤总PLFAs较杂交稻和粳稻品种平均减少30.0%,而在红泥田中平均增加24.8%.偏Mantel检验和冗余分析(RDA)表明土壤pH值、DOC、NH4+和As浓度是驱动水稻土微生物群落演变的主控因子,其中受As影响较大的特征PLFAs包括20:0、i17:1ω9c、18:1ω9c、cy17:0和18:3ω6c;ABT预测模型显示水稻品种和土壤类型对总PLFAs、F/B、G+/G-和SF/AMF指标的贡献相对较大,而As处理的影响较小.     

施用牛粪对As污染稻田水稻As吸收的影响

为探究牛粪施肥对污染稻田水稻As吸收的影响,采用盆栽培养试验研究了施加牛粪对土壤Fe和As的活性、水稻根表铁膜形成及籽粒As含量的影响。实验所用受高As矿山废水污染土壤(As:92. 3 mg/kg)施加10%～30%的牛粪,土壤溶解性有机碳含量增加8. 41～24. 5 mg/kg,土壤孔隙水pH提高0. 14～0. 59,土壤氧化还原电位降低93. 5～174 m V,与背景土(As:18. 1 mg/kg)变化趋势相同;施用牛粪还会活化土壤中的Fe和As,污染土壤Fe(II)、AO-Fe和HCl-As含量分别增加13. 5%～149%、35. 9%～90. 9%和70. 1%～181%,分别为背景土壤的0. 86～1. 66倍、1. 17～2. 15倍、4. 29～8. 91倍;施加牛粪能促进根表铁膜的形成,拔节期污染土壤和背景土壤水稻根表Fe分别是其对照的1. 56～1. 96倍和2. 09～3. 07倍,根表吸附As含量是其对照的3. 04～5. 18、3. 82～4. 08倍,根表附着Fe随牛粪的增加先增加后降低,至成熟期污染土壤水稻根表吸附Fe和As分别是背景土壤的1. 35～2. 91和8. 45～16. 6倍,根表As和Fe的物质量比为污染区(3. 49×10~(-3)～3. 55×10~(-3))背景区(4. 41×10~(-4)～6. 17×10~(-4));背景土壤施加牛粪后水稻籽粒As含量降低,最大降低36. 4%,而污染土壤水稻籽粒As含量增加,最大增加127%。牛粪对土壤As、Fe的活性及根表铁膜的形成都具有重要影响,会提高污染稻田籽粒中As的含量,含As矿山废水污染稻田应当谨慎施用牛粪。     

1株肠杆菌与硫肥联合施用对水稻积累镉砷的影响

为探究不同硫肥联合硫酸盐还原菌在长期淹水条件下对水稻积累镉（Cd）和砷（As）,以及对根表铁膜形成的影响,为中轻度Cd-As复合污染稻田安全生产提供参考.采用盆栽试验的方法,选取了硫磺和硫酸钙两种硫肥及具有硫酸盐还原能力的肠杆菌M5,设计单一施用及不同硫肥与菌株联合施用共6个处理.结果显示,同时基施硫酸钙和菌株的处理（CM5）降低水稻根际土中有效态Cd和As的效果均最好.淹水条件下基施硫肥或菌株会使早稻籽粒中Cd含量降低8%~51%,无机As含量降低42%~61%;使晚稻籽粒中Cd含量降低81%~92%,无机As含量降低41%~62%.其中,同时基施硫磺和菌株的处理（SM5）和CM5处理降低早、晚稻籽粒中Cd、As含量效果均最佳.SM5处理和CM5处理能促进水稻根表铁膜对Cd、As的吸附,二者ACA提取态Cd和As含量较CK显著增加,且CM5处理ACA提取态铁含量较CK也显著增加,说明同时基施硫酸钙和菌株会促进水稻根表铁膜的形成.结果表明,硫肥和菌株联合施用相较单一施用降低籽粒中Cd、As含量的效果更好,而同时基施硫酸钙和菌株是效果最佳且最为稳定的方法.     

不同铁矿物对水稻土砷的稳定化效果及机制

水淹缺氧条件是驱动水稻土砷释放引起砷污染的主要原因,其中,铁矿物在砷的迁移转化过程中扮演重要的角色.为研究水铁矿、针铁矿和赤铁矿对水稻土砷的稳定化效果,分析了3种铁矿物对土壤溶液砷浓度的影响,采用土壤溶液中亚铁和总铁的浓度变化来评估不同铁矿物对砷的稳定化效果,并对3种铁矿物进行扫描电镜(SEM)和X射线衍射(XRD)等表征分析.结果表明,水铁矿具有最大的比表面积,为192.54m2·g-1,且微孔孔容达到0.069 cm3·g~(-1),针铁矿和赤铁矿依次减少,而3种铁矿物的结晶度以针铁矿最高,赤铁矿和水铁矿依次降低.施用水铁矿、针铁矿和赤铁矿均有效地降低了土壤溶液中砷的浓度,当添加量为2.0%(质量分数)时,土壤溶液中砷浓度分别降低62.55%、61.36%和55.16%.相关性分析表明,随着无定形铁含量的提高,其对砷的稳定化效果趋于显著,其中,土壤无定型铁与无定型结合态砷含量存在正相关关系(r=0.879,p=0.009),而与土壤溶液砷存在负相关关系(r=-0.895,p=0.006).     

鄱阳湖湿地DOM对铁还原菌异化还原水铁矿的影响

湿地土壤和沉积物中的Fe(Ⅲ)还原过程是地球化学循环中重要的一部分,目前有关鄱阳湖湿地DOM的化学组成及其与Fe(Ⅲ)还原作用的构效关系尚不明确.为此,以鄱阳湖湿地沉积物中分离筛选出的铁还原菌作为模式菌,Fe(Ⅱ)的生成量作为考察指标进行Logistic方程拟合分析,并采用紫外-可见光谱、三维荧光光谱及XRD光谱,研究...     

水铁矿及其腐殖酸复合体对Sb(V)的吸附行为研究

在实验室条件下制备了水铁矿和水铁矿与腐殖酸复合物,通过X射线衍射、傅里叶红外光谱、Zeta电位及比表面积的测定对其基本性质进行了表征,并采用静态批处理吸附试验研究了水铁矿及其腐殖酸复合物对Sb（V）的吸附行为特征,探讨了吸附时间、初始pH值、初始浓度、不同干扰离子（PO₄^3-、CO₃^2-、NO₃^-和Cl^-）对水铁矿及其复合物吸附Sb（V）的影响.结果表明：腐殖酸与水铁矿结合后未改变水铁矿的晶型结构,但降低了水铁矿的零电点与比表面积.水铁矿及其复合物对Sb（V）的吸附过程符合Langmuir和伪二级动力学模型,腐殖酸的加入抑制了水铁矿对Sb（V）的吸附.随着pH的上升,水铁矿与复合物的去质子化能力增强,对Sb（V）的吸附量减小;溶液中共存离子PO₄^3-、CO₃^2-对水铁矿及其腐殖酸复合物吸附Sb（V）有较强的抑制作用.     

Eh、pH和铁对水稻土砷释放的影响机制

水稻水淹管理是导致水稻土砷大量释放和水稻对砷富集累积的关键环节.为研究土壤氧化还原电位(Eh)、pH值和铁对水稻土砷释放的影响,采用有氧/厌氧和间歇式有氧水淹培养方式,并分析土壤Eh、pH值、溶解态砷和铁(Ⅱ)随时间的变化,结果表明,长期厌氧水淹培养具有最大的砷释放量,且随着土壤Eh降低,砷(Ⅲ)和总砷(Ⅴ)的浓度均显著提高,其中相比于第一阶段,第二阶段砷(Ⅲ)和砷(Ⅴ)浓度分别提高了1.37μg·L~(-1)和0.99μg·L~(-1);相反,间歇式有氧水淹处理砷的释放量则相对较低,当有氧处理时间最长(6 d)时,砷的释放量最低.土壤Eh与pH值和砷的关系研究表明,二者均与土壤溶液砷呈指数关系,且随着土壤Eh降低和pH提高,水稻土砷的释放速率增大;土壤溶液铁(Ⅱ)与砷则存在显著正相关关系(r=0.868,P0.001).水稻土微环境中Eh降低和pH值提升是驱动砷释放的关键因素,因而有氧水管理模式是能够抑制砷的释放和降低水稻对砷吸收累积的有效方法.     

微生物对汞矿区农田土壤汞甲基化的影响

为研究典型汞矿区农田土壤中汞的甲基化作用,实验以受汞污染的旱田土壤和稻田土壤为对象,分别进行灭菌,促进硫酸盐还原菌(SRB)活性处理,抑制SRB活性处理以及促进铁还原菌(FeRB)活性处理,分析非微生物作用和微生物作用对土壤甲基汞(MeHg)生成的影响.结果表明,促进SRB活性处理的土壤MeHg生成量最高,其中旱田土MeHg增量为0.15~0.38μg·kg~(-1),稻田土壤MeHg增量为1~2μg·kg~(-1);抑制SRB活性处理和促进FeRB活性处理的MeHg增量较小,最高值仅为0.025μg·kg~(-1).相比于旱田土壤,稻田土壤具有更高的汞甲基化能力,其MeHg生成量是旱田土壤的4~9倍.土壤SRB数量与MeHg生成量具有相同的变化趋势,二者具有显著的正相关性(R~2=0.57,P0.01).因此,该研究区土壤汞甲基化作用主要是微生物汞甲基化作用,且主要的汞甲基化细菌是SRB.此外,稻田是农田中MeHg生成的活跃地区,在评估和控制MeHg对人体健康危害时需要重点关注.     

pH、钙和磷对砷在水稻土中溶解度的影响及表面络合机制解析

为深入理解稻田土壤砷(As)的环境行为,以及不同环境因素对土壤溶液中As有效性的影响机制,通过吸附实验结合天然有机质-电荷分配(NOM-CD)模型分析了pH、 Ca²⁺和PO₄^3-对As在湖南株洲稻田土壤中溶解度和化学形态分布的影响,并揭示其影响机制.结果表明,土壤总As溶解度在pH 6.0左右最低,主要受Ca²⁺、 PO₄^3-、 As(Ⅲ)和As(Ⅴ)的静电作用及位点竞争作用控制;土壤溶液中Ca²⁺浓度的增加会促进As的吸附,降低土壤溶液中As的浓度,尤其在碱性条件下由于Ca²⁺的吸附增加了土壤氧化物表面正电荷,因而土壤溶液中As(Ⅴ)浓度随Ca²⁺浓度的升高明显降低;pH低于5.5时,添加PO₄^3-抑制了土壤As(Ⅴ)的还原,但pH高于5.5后,添加PO₄^3-促进了土壤As(Ⅴ)的还原,并由于PO     

炉渣与生物炭施加对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放影响

为了探究炉渣及生物炭施加处理对稻田土壤铁还原菌群落结构及甲烷排放的影响,在福州某平原稻田中分别进行施加生物炭、炉渣、生物炭+炉渣3种处理,测定早、晚稻生长期稻田甲烷排放通量和可培养铁还原菌数量,并比较施加处理与不施加处理稻田土壤铁还原菌群落结构组成之间的差异.结果表明：废弃物施加能够改变稻田土壤铁还原菌数量,晚稻生物炭施加组的铁还原菌数量显著高于其他3组（P<0.05）;废弃物施加在一定程度上抑制了稻田土壤甲烷的排放,其中早稻混合施加组对甲烷排放的降低作用最为明显;福州平原稻田土壤中铁还原菌种类丰富,分布于10个门,其中厚壁菌门（Firmicutes）和变形菌门（Proteobacteria）为优势菌门相对丰度占比之和大于95%.共鉴定出20个属,其中相对丰度较高的菌属为芽孢杆菌属（Bacillus）、厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）、梭状芽孢杆菌属（Clostridium）等10个属,占样品中已知铁还原菌属的62.07%~66.58%;生物炭和炉渣主要通过改变土壤pH值及含水量影响稻田土壤铁还原菌群落结构,混合施加的影响比单一施加更为显著;芽孢杆菌属（Bacillus）的相对丰度与稻田土壤甲烷的排放通量呈显著负相关,是稻田中抑制甲烷产生与排放的主要铁还原菌属.     

磁性氧化铁/桑树杆生物炭的制备及其对砷污染土壤溶解性有机碳和砷形态的影响

以桑树杆为原料,制备了原始桑树杆生物炭（M-BC）及磁性氧化铁/桑树杆生物炭（Fe-BC）并对其进行表征.通过土壤培养实验,研究了3个温度下炭化制备的Fe-BC和M-BC在不同培养时间对土壤浸出液溶解性有机碳（DOC）和土壤砷（As）形态等的影响.结果表明：①Fe-BC负载的铁氧化物主要为Fe₃ O₄,且有磁性,主要官能团有C＝O双键、O—H键、C—O键和Fe—O键;Fe-BC-400、Fe-BC-500和Fe-BC-600的pH_zpc分别为8.92、8.74和9.19,比表面积分别为447.412、482.697和525.708 m² ·g^-1.②土壤浸出液中ρ（DOC）随着M-BC和Fe-BC炭化温度的升高而分别降低11.6~315.6 mg ·L^-1和78~365.6 mg ·L^-1,土壤浸出液中DOC浓度与土壤电导率（EC）值呈负相关;在培养第35 d,添加Fe-BC-600的土壤浸出液中As浓度比对照组土壤浸出液中的降低了55.96%.土壤浸出液中As浓度与DOC浓度相关性不显著.③添加Fe-BC的土壤有效态As占比均低于对照组的,在培养第35 d时,Fe-BC-600可使土壤有效态As占比降低39.21%.④在培养第35 d时,添加M-BC的土壤残渣态As含量减少了17.76%~49.11%,添加Fe-BC-600的土壤残渣态As占比增加了80%.Fe-BC-600最有利于降低土壤溶液DOC浓度,提高残渣态As含量,从而降低土壤As生物有效性.研究可为磁性氧化铁/生物炭在砷污染土壤修复提供理论依据.     

腐殖酸和半胱氨酸对Shewanella oneidensis MR-1生物转化硫化汞的影响

研究了不同浓度腐殖酸和半胱氨酸条件下,铁还原菌Shewanella oneidensis MR-1对固态硫化汞的生物溶解和甲基化作用.结果表明,固态硫化汞的生物溶解量随加入腐殖酸浓度的增大而增加,当腐殖酸浓度为10mg/L时,固态硫化汞的溶解量约为3.35mg/L;在腐殖酸浓度为1~5mg/L范围内, S. oneidensis MR-1对硫化汞的生物甲基化率呈上升趋势,在5~10mg/L范围时呈下降趋势,其中生物甲基化率最大值约为10.55%;加入不同浓度半胱氨酸对菌株生物溶解固态硫化汞的影响不明显,但能增加S. oneidensis MR-1对硫化汞的生物甲基汞生成量,加速甲基化反应进程,使硫化汞的生物甲基化率提高至19.23%.该研究为自然水体生态系统中铁还原菌参与固态硫化汞生物溶解及生物甲基化提供了直接证据.     

生物炭对含As(Ⅲ)水铁矿还原过程中砷形态及矿物转化的影响

生物炭的施用对土壤铁(氢)氧化物还原、砷(As)的形态转化有重要作用,极大地影响了As的环境行为.本文研究了生物炭/AQDS(蒽醌-2,6-二磺酸盐)对含As(Ⅲ)水铁矿化学还原和异化还原的影响,探索了由此产生的非生物和生物过程中Fe和As的形态转化及次生矿物的形成.结果 表明,生物炭和AQDS的添加可以促进水铁矿的化...     

两种铁改性生物炭对微碱性砷镉污染土壤的修复效果

改性生物炭作为良好的重金属钝化剂,已被广泛应用于环境修复.为探究不同改性方法对生物炭钝化土壤砷-镉(As-Cd)的影响,采用共沉淀法和浸渍热解法制备铁改性生物炭,通过吸附试验和土壤培养试验,对生物炭性质、吸附As-Cd以及钝化土壤As-Cd的能力进行分析.结果表明,两种改性方法均可提高生物炭铁含量和零电荷点,且共沉淀法制备的铁改性生物炭(FeBC-1)负载的铁矿物主要为Fe₃O₄、 FeO(OH)和γ-Fe₂O₃等,而浸渍热解法制备的铁改性生物炭(FeBC-2)主要为α-Fe₂O₃和γ-Fe₂O₃等铁氧化物.FeBC-1对As和Cd均展现出很强的吸附去除能力,去除率达21.40%～34.14%,可显著促进土壤中非专性吸附态As向残渣态As转化,而FeBC-2仅对As具有较好的吸附效果.BC、 FeBC-1和FeBC-2对Cd的吸附能力与自身的阳离子交换量(CEC)呈正比,其中,BC对Cd的吸附去除效果优于FeBC...