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元阳梯田土壤中异化铁还原特征及影响因素研究

作　者: 任国
导　师: 张乃明
学　校: 云南农业大学
专　业: 土壤学
关键词: 元阳梯田土壤异化铁还原 X射线衍射(XRD) 能谱扫描电镜(SEM-EDX) 乳酸铬希瓦氏菌
分类号: S153.6
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

铁的氧化还原过程是水稻土的重要特征之一。尤其是铁的微生物还原过程,不仅对水稻土的基本属性有重要影响,而且在土壤环境化学方面具有着特殊的意义。异化铁还原作用是微生物还原氧化铁的主要途径,该过程是在微生物的介导下,氧化有机物提供电子给氧化铁(Ⅲ),氧化铁(Ⅲ)作为电子受体进行异化还原生成Fe(Ⅱ),并为微生物的生长提供能量。异化铁还原不仅影响着土壤中N、P、K、Si等营养元素的有效性、而且对土壤中重金属的转化及有机污染物的降解具有重要意义。因此,研究水稻土中Fe(III)微生物还原的特征不仅可深化对水稻田微生物生态的认识,而且对于阐明水稻土的形成及稻田生态系统中污染物的转化与修复机理具有重要的意义。本研究以元阳哈尼梯田典型水稻土为供试样品,通过室内分析和室内恒温厌氧培养试验,研究了不同海拔高度、不同剖面深度异化铁的还原特征,并通过应用X射线衍射(XRD)、能谱扫描电镜(SEM-EDX)研究添加碳源乳酸为电子供体、不同浓度铬为电子受体以及希瓦氏细菌微生物对梯田土壤异化铁还原的影响。实验获得以下主要结果:(1)元阳梯田具有典型代表性的三大景区土壤pH值整体呈酸性或强酸性;基本养分含量比较贫乏,且区域分布极不均匀,区域间平均含量除全磷以外都达到了显著差异水平(5%差异水平),特别是有效铁平均含量在三景区差异变化最大,两两景区之间都达到了显著差异;景区内部也同样,不同样点之间含量差异变化较大,且多数处于缺乏状态。这主要与哈尼梯田生态系统特殊的地形结构、耕作管理措施等因素有关。(2)梯田土壤异化铁还原特征大致呈现“S”型,即经历了“启动期”、“快速期”、“平稳期”三个时期。不同剖面深度梯田土壤在B层异化铁还原能力最强,由此向上、向下逐渐减弱;在垂直立体结构上还原能力最强海拔高度为1396m,在此高度以下还原能力最弱,由此向上表现为先减弱再加强;通过分析溶解态铁(Ⅱ)、总铁(Ⅱ)、总铁(Ⅲ)生成量随培养时间变化的曲线表明,梯田土壤先还原较易溶解的氧化铁,然后还原难溶解的氧化铁,并以异化铁的还原为主。(3)应用SEM-EDX、XRD对梯田土壤矿物形貌、成分、形态分析测试表明,梯田土壤主要矿物形貌以片状和小碎片为主,兼有柱状和一些小颗粒;组成元素为O、Mg、Al、Si、K、Ca、Ti、Fe为主,Na为海拔1396m处特有元素;主要矿物类型为石英、高岭石,磁铁矿等。矿物成分完全能够满足异化铁的还原反应,而制约异化铁还原反应的主要内在因素为矿物类型及其风化结晶程度。(4)添加碳源乳酸,能有效地促进梯田土壤异化铁的还原过程,并对还原总量进行控制,但不是异化铁还原的主要动力。乳酸是以提供电子供体或直接参与化学反应和对一些难溶矿物的溶解来实现对氧化铁还原的促进作用的。(5)不同浓度梯度铬抑制梯田土壤中异化铁的还原过程,并导致异化铁还原反应的滞后性,且随着浓度的增加滞后作用越明显,甚至无铁还原发生。(6)铁还原菌微生物试验表明,梯田土壤氧化铁主要以异化还原为主,铁还原微生物是异化铁还原的主要驱动力,但这种驱动力是建立在梯田土壤不同内外源物质共同作用的基础之上。

元阳梯田土壤中异化铁还原特征及影响因素研究

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