铁锰结核土壤锰氧化细菌多样性及新菌属分析

尽管细菌的锰氧化作用被认为是自然界中氧化锰矿物形成的主要成因,但目前国内外对陆地土壤环境中锰氧化细菌的种群组成与多样性方面的研究甚少。本研究对采集于山东崅峪一处含铁锰结核的棕壤进行了可培养锰氧化细菌分离、活性测定与多样性调查,结果发现表层土壤(A层:0～20 cm)的可培养锰氧化细菌是最丰富的,但是高锰氧化活性的细菌主要分布在心土层(B层:20～40 cm)和底土层(C层:>75 cm)。通过对具有高锰氧化活性的分离菌株16S rRNA基因的扩增、测序和序列BLAST比对分析,发现了7个此前未见报道的具有锰氧化活性的新菌属。此外,对5株具有高锰氧化活性的分离菌株和土壤样品的进行了16S rRNA基因V3产物的变性梯度凝胶电泳(DGGE)分析,结果显示此5株高锰氧化菌株并非都是土壤中的高丰度细菌。

基于光谱识别技术的土壤铁锰结核对镉的吸附行为研究

铁锰结核是具有高反应活性的矿物复合体;与海洋铁锰结核不同,土壤铁锰结核常在干湿交替、水气干扰条件下存在,形成了独具特色的地球化学特征。作为土壤“新生体”,不同地区铁锰结核常表现出较大差异。研究典型区域土壤铁锰结核与重金属的结合行为,有助于深入了解铁锰结核的微生态属性,对于后续土壤的开发利用、保育改良、污染修复等都具有战略性指导意义。目前,关于中国西部地区土壤铁锰结核的相关研究极少,本研究有望从光谱学层面弥补领域不足、充实科学体系。采用水洗法获得西部地区土壤铁锰结核,使用电感耦合等离子体发射光谱(ICP-OES)、紫外-可见光谱(UV-Vis)、X射线衍射(XRD)和傅里叶变换红外光谱(FTIR)表征铁锰结核主量元素和结构特点。通过静态批次实验考察铁锰结核与Cd的结合行为,探讨时间、Cd溶液浓度和温度对吸附的影响,引入动力学方程和等温线方程拟合反应过程,计算热动力学参数并探讨吸附后铁锰结核的洗脱可能性。不同粒径铁锰结核主量元素氧化物都以Fe_(2)O_(3),SiO_(2),Al_(2)O_(3),MnO为主,Fe_(2)O_(3)含量最高,SiO_(2)次之;铁锰结核与土壤基质的矿物组成高度相似,FTIR图谱证实—OH,Si—O—Si(Al),Fe(Mn)—O等基团的存在。吸附过程总体表现为“先快后慢”:反应6 h后的吸附量Q为4.96 mg·g^(-1),至12 h后吸附效果趋于不变。Cd溶液浓度的增加有助于吸附量Q的升高,温度对吸附反应的影响较小。准二级动力学方程可以更好地拟合吸附反应(R^(2)为0.9943),说明化学吸附为控速步骤。Langmuir方程的拟合系数(R^(2)为0.9991)高于Freundlich方程,表明吸附反应属于单分子层化学吸附。吸附过程自发、吸热且存在络合性吸附,反应后体系混乱度增加。由自来水配制的0.1 mol·L^(-1)HCl溶液的洗脱效果更好。本研究可以为后续(光谱层面的)反应机制剖析提供基础数据。