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题名	水稻土中微生物介导的铁膜分解和砷迁移转化研究
作者	黄海
学位类别	博士
答辩日期	2012-05
授予单位	中国科学院研究生院
授予地点	北京
导师	朱永官
关键词	铁膜分解 砷迁移转化 挥发 有机质 微生物 iron plaque reduction arsenic mobilization and transformation volatilization organic matter microbes
其他题名	Microbial-mediated iron plaque decomposition and subsequent arsenic mobilization and transformation in paddy soils
学位专业	环境科学
中文摘要	铁膜是湿地挺水植物，如水稻、香蒲等根系表面覆盖的一层铁氧化物及其水化物。在含砷（As）较高的土壤中，随着植物的生长铁膜形成过程中逐渐积累大 量的As，其浓度显著高于周围的环境。当水稻收割后，铁膜开始被还原溶解，而其吸附的As 就会随之释放出来。本文研究铁膜分解过程中As 的释放动力学过程、释放后在土壤中的归趋和转化过程及影响因素。归纳如下： （1）通过微宇宙法研究水稻根表铁膜分解过程和As 的释放规律。实验结果显示在不灭菌的处理中，As 和Fe 都快速的释放到土壤溶液中，27 天里铁膜上超过76.1%的As 被释放到土壤溶液中。而在灭菌处理中，铁膜分解和As 的释放速率明显降低，85 天里只有39.4%的As 从铁膜上释放。然而，不管是灭菌还是不灭菌的处理，从铁膜上释放出来的As 绝大部分都被固定到土壤中。在灭菌和不灭菌的处理中有部分As(V)在被释放前或在释放过程中被还原成As(III)。各处理中的微生物的丰度都有显著性差异，微生物群落也存在明显的差异。这部分研究说明，微生物因素（包括丰度、多样性和活性）能显著的影响到铁膜的分解、 As 的迁移和转化过程。 （2）通过微宇宙法研究沼液（BS）对水稻根表铁膜分解过程和As 的释放的影响。研究发现，在不灭菌处理中，BS 对铁膜上As（包括As(III)和As(V)）迁移的影响不明显，只有当微生物活动受到抑制后，BS 对As 释放的促进作用才显现出来。以往很多的研究认为，有机质能促进As 从土壤中的释放，但是本研究结果说明，在短期内（50 天）有机质能促进As 的释放，然而在较长的时间（90 天）里有机质也能促进As 的沉淀，减小了As 的迁移。各处理水稻根铁膜释放了24-35%的总Fe 和83-97%的总As，然而绝大部分释放的Fe（约69-98%）和As（约89-97%）都发生吸附或共沉淀等作用，而从土壤溶液中进入固体颗粒中。BS 的加入没有提高微生物对As 的甲基化作用。 （3）实验采用微宇宙法，以酒糟和三叶草作为供试的有机质，研究这两种有机质对As 污染水稻土中的As 的生物甲基化和挥发的影响。研究发现，添加三叶草（CT）和酒糟（DT）处理的As 的挥发速率显著高于对照，分别比对照高65 和140 倍。CT 处理产生的气态砷的主要形态为三甲基砷（TMAs），而DT处理挥发的As 的主要形态为TMAs 和砷化氢（AsH3），还有部分的一甲基砷（MeAsH2）。DT 和CT 土壤溶液中As 的主要形态分别是二甲基砷（DMA）和As(V)，特别是DT 的土壤溶液中还发现了一个未知的砷形态。这表明CT 和DT处理体系中As 甲基化不同的微生物过程。有机质的添加对土壤中As(III)氧化 和As(V)还原菌及其功能基因的丰度和活性的影响各异。有机质的添加提高了土壤溶液中As 的浓度；BCR 连续提取结果揭示有机质的添加也显著提高了醋酸提取态、可还原态和可氧化态的As 含量，说明其移动性提高。有机质的添加显著的改变了实验体系的生物方面的因素的同时，如细菌的丰度和活性，还改变了非生物因素，如pH 和As 的生物可利用性。这些因素都可能影响到As 的甲基化和 挥发。此外本研究结果还说明具有活性的且能够氧化、还原和甲基化As 的微生物能同时存在于水稻土中，它们影响As 在水稻土和土壤溶液中的迁移转化。       以上研究表明，微生物在铁膜分解和As 的释放过程中起到了主导作用，BS的添加加快As（包括As(III)和As(V)）的释放，短时间内能提高As 的迁移性。释放的As 和Fe 大部分被重新固定在土壤中。BS 没有提高土壤溶液中的As 甲基化和挥发，但是三叶草和酒糟却能显著的提高As 的甲基化程度和挥发速率。
公开日期	2014-05-06
内容类型	学位论文
源URL	[http://ir.rcees.ac.cn/handle/311016/7184]
专题	生态环境研究中心_土壤环境科学实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	黄海. 水稻土中微生物介导的铁膜分解和砷迁移转化研究[D]. 北京. 中国科学院研究生院. 2012.

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