有機(jī)碳源促進(jìn)土壤中五氯酚還原降解的生物化學(xué)機(jī)制.pdf

1、水稻土中五氯酚（PCP）的轉(zhuǎn)化與歸宿被廣泛研究。PCP在缺氧/厭氧條件下的降解比好氧條件下更快。水稻土的淹水條件創(chuàng)造了好氧-厭氧的兼性環(huán)境，致使土-水界面的生物地球化學(xué)過程更為復(fù)雜，從而有關(guān)土-水界面PCP降解過程的研究也變得更加引入關(guān)注。本文揭示了水稻土中PCP還原降解與Fe(Ⅱ)累積的關(guān)系及其影響因素，闡明了不同種類低分子量水溶性有機(jī)化合物（LMW-DOC）和綠肥水溶性有機(jī)物（紫云英DOM）兩類有機(jī)碳源作為電子供體、有機(jī)配體或電子穿

2、梭體對(duì)PCP還原降解的促進(jìn)作用及其生物化學(xué)機(jī)制，評(píng)估了綠肥（紫云英和苕子）作為修復(fù)調(diào)理劑對(duì)土壤PCP的轉(zhuǎn)化的影響，取得的主要結(jié)果如下:
　　 (1)研究了不同種類的LMW-DOC（包括14種低分子量有機(jī)酸和8種中性單糖）對(duì)土冰界面PCP降解和Fe(Ⅱ)累積動(dòng)力學(xué)的影響。Logistic非線性擬合和聚類分析的結(jié)果表明，動(dòng)力學(xué)參數(shù)因不同LMW-DOC種類而異，主要表現(xiàn)為因LMW-DOC分子的碳原子數(shù)、解離常數(shù)和還原度不同，而導(dǎo)致了乙

3、酸鈉提取態(tài)Fe(Ⅱ)[Fe(Ⅱ)NaOAc]和鹽酸提取態(tài)Fe(Ⅱ)[Fe(Ⅱ)HCl]的最大累積量、累積速率常數(shù)和最大累積速率明顯不同;LMW-DOC分子的還原度不同，也導(dǎo)致了PCP的最大累積量明顯不同。相關(guān)分析的結(jié)果表明，F(xiàn)e(Ⅱ)NaOAc和Fe(Ⅱ)HCl的最大累積量與PCP的最大降解率之間存在顯著的相關(guān)性。根據(jù)這一現(xiàn)象，采用生物化學(xué)、化學(xué)和電化學(xué)分析手段并結(jié)合相關(guān)分析、多元回歸分析、冗余分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)一步研究了微生物參數(shù)和

4、環(huán)境變量的動(dòng)態(tài)與Fe(Ⅱ)累積和PCP降解動(dòng)態(tài)的關(guān)系。結(jié)果表明，F(xiàn)e(Ⅱ)HCl是對(duì)PCP降解起決定性作用的環(huán)境變量;pH是影響微生物群落結(jié)構(gòu)分布的關(guān)鍵因子，且因不同LMW-DOC種類而異，總體上pH值的升高有利于Fe(Ⅱ)NaOAc含量的增加，后者明顯促進(jìn)了PCP的降解，pH值降低和Eh升高時(shí)PCP的降解速率也有所下降;Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)電對(duì)是對(duì)陽極氧化峰電位(Ep)起決定作用的氧化還原電對(duì)，在不同LMW-DOC作用下，pH和成可

5、溶性有機(jī)碳(WSOC)變化引起Ep值隨時(shí)間變化表現(xiàn)出明顯的差異，同時(shí)也導(dǎo)致Fe(Ⅱ)HCl累積和PCP降解的程度有所不同;Fe(Ⅱ)HCl和Ep分別比Fe(Ⅱ)NaOAc和Eh更能反映PCP還原降解的生物化學(xué)機(jī)制。
　　 (2)研究了淹水/好氣腐解過程中紫云英DOM的產(chǎn)生、消耗與性質(zhì)動(dòng)態(tài)變化，評(píng)價(jià)了不同紫云英DOM的氧化還原容量和氧化還原態(tài)的差異性。相關(guān)分析和主成分分析的結(jié)果表明，在不同的氧化還原條件下，紫云英DOM氧化還原容量

6、和氧化還原態(tài)的改變與其替代參數(shù)（生物化學(xué)物質(zhì)、原子比、傅里葉紅外光譜吸收比、重均/數(shù)均分子量、紫外光譜吸收比、還原度、特征性紫外可見光譜吸收等）的變化有關(guān)，因此可以用多種儀器分析手段（紫外-可見光譜分析、傅里葉紅外光譜分析、凝膠滲透色譜分析、元素分析等）間接量化紫云英DOM的氧化還原性質(zhì)。
　　 (3)研究了不同種類的紫云英DOM（包括新鮮的、淹水腐解7d和14 d的及好氣腐解7d和14 d的紫云英DOM）對(duì)土-水界面PCP降解

7、和Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)消長動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明，不同紫云英DOM處理均可促進(jìn)淹水土壤中PCP的降解和Fe(Ⅱ)NaOAc或Fe(Ⅱ)NaOAc+HCl（連續(xù)提取）的累積，且PCP降解因不同種類紫云英DOM而表現(xiàn)出明顯的時(shí)段性，而連續(xù)提取方法反映了Fe(Ⅲ)與Fe(Ⅱ)之間的相互轉(zhuǎn)化程度因Fe(Ⅱ)NaOAc占Fe(Ⅱ)NaOAc+HCl的比例大小而異;同時(shí)，紫云英DOM性質(zhì)的多個(gè)替代參數(shù)與Fe(Ⅱ)NaOAc的最大累積量具有明顯的相

8、關(guān)關(guān)系，但單個(gè)替代參數(shù)并不能說明多因素共同決定的紫云英DOM的氧化還原反應(yīng)性。根據(jù)這一現(xiàn)象，采用生物化學(xué)和化學(xué)分析手段并結(jié)合相關(guān)分析、多元線性回歸分析、冗余分析等數(shù)理統(tǒng)計(jì)方法進(jìn)一步研究了微生物參數(shù)和環(huán)境變量的動(dòng)態(tài)與Fe(Ⅱ)累積和PCP降解動(dòng)態(tài)的關(guān)系。結(jié)果表明，F(xiàn)e(Ⅱ)NaOAc+HCl是對(duì)PCP降解起決定性作用的環(huán)境變量;隨著WSOC的消耗和pH值的升高，F(xiàn)e(Ⅱ)NaOAc和Fe(Ⅱ)NaOAc+HCl濃度均有所增加，因而促進(jìn)了P

9、CP的降解;Fe(Ⅱ)NaOAc+HCl比Fe(Ⅱ)NaOAc更能反映PCP還原降解的生物化學(xué)機(jī)制。
　　 (4)研究了不同添加量（包括1％和3％）的紫云英和苕子對(duì)土-水界面PCP降解和Fe(Ⅱ)累積動(dòng)力學(xué)的影響。結(jié)果表明，動(dòng)力學(xué)參數(shù)因不同綠肥添加量和種類而異，主要表現(xiàn)為DOM的初始紫外-可見參數(shù)不同，將導(dǎo)致Fe(Ⅱ)NaOAc的最大累積速率明顯不同。根據(jù)這一現(xiàn)象，采用化學(xué)和電化學(xué)分析手段并結(jié)合相關(guān)分析、多元線性回歸分析等數(shù)理統(tǒng)

10、計(jì)方法進(jìn)一步研究了環(huán)境變量的動(dòng)態(tài)與Fe(Ⅱ)累積和PCP降解動(dòng)態(tài)的關(guān)系。結(jié)果表明，F(xiàn)e(Ⅱ)NaOAc是對(duì)PCP降解起決定性作用的環(huán)境變量;pH值和WSOC含量的變化與綠肥種類關(guān)系不大，但因不同添加量而異，紫云英和苕子添加量較低時(shí)，pH值的升高和WSOC的消耗有利于Fe(Ⅱ)NaOAc含量的增加，后者明顯促進(jìn)了PCP的降解，pH值降低時(shí)PCP的降解速率也有所下降，這在紫云英和苕子添加量較高時(shí)表現(xiàn)的尤為明顯;Fe(Ⅱ)/Fe(Ⅲ)電對(duì)是對(duì)