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异化铁还原对土壤中汞甲基化的影响

司友斌  陈洁  邹嫣  颜雪  陈艳  陈宁  
【摘要】:铁的微生物还原以Fe(Ⅲ)为末端电子受体在厌氧条件下氧化有机物的产能过程,在生物地球化学循环中起着重要的作用。汞是最受全球关注的环境污染物之一:一方面,甲基汞是一种具有很强的亲脂性和高神经毒性的有机汞,对人体造成危害;另一方面,环境中的无机汞,可以在微生物和化学作用下通过甲基化过程转化为甲基汞。本文围绕汞在环境中的生物化学循环,通过接种土壤微生物的混合培养及土壤泥浆培养试验,研究Fe(Ⅲ)微生物还原对汞甲基化过程的作用机理,解析Fe(Ⅲ)还原条件下水稻土中汞的化学形态,揭示Fe(Ⅲ)还原影响土壤汞甲基化的生物因素、化学因素及其环境因素;同时,针对土壤汞的甲基化特点,加强Fe(Ⅲ)还原的调控,控制或减少汞污染的发生。主要研究结果如下:1、研究了铁还原菌-Shewanclla oneidensis MR-1在厌氧环境中对Fe(Ⅲ)的还原特性,考察了不同电子供体、不同形态的Fe(Ⅲ)、溶解氧、pH等条件对S.oneidensis MR-1还原Fe(Ⅲ)的影响,并探讨了添加有机酸络合剂对提高土壤中Fe(Ⅲ)还原的作用。2、研究了两种铁还原菌(Geobacter sulfurreducens和Shewanclla oneidensis MR-1)对汞的甲基化作用及其影响因素。研究发现,汞的生物甲基化过程与Fe(Ⅲ)异化还原过程有着密切的联系,而且汞的生物甲基化效率与微生物的活性相关,又受温度、pH、Eh、汞的浓度及各种有机络合剂的影响。3、研究了铁还原菌S.oneidensis MR-1对固态硫化汞的生物溶解性与甲基化作用。研究发现,S.oneidensis MR-1可以促进硫化汞的溶解并迅速进行汞甲基化;加入一定浓度的硫化钠能够增强S.oneidensis MR-1对硫化汞的生物溶解和汞甲基化;弱酸性比酸性及中碱性的环境更有利于S.oneidensis MR-1对硫化汞的溶解及汞甲基化。4、研究了汞在土壤中的吸附-解吸及其非生物甲基化作用。研究发现,无机汞和甲基汞在土壤中的吸附-解吸均符合Freundlich方程,土壤对无机汞的吸附能力强于甲基汞。同时,吸附在土壤中的汞易被激活,发生形态转化或与土壤中的甲自由基发生反应生成甲基汞或二甲基汞。研究结果不仅可以为陆生环境中铁和汞的循环提供基础资料,同时对治理汞污染土壤和恢复农业生态也具有一定的指导意义。

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