大腸桿菌在土壤中的遷移機(jī)制和數(shù)學(xué)模型.pdf

1、微生物在土壤中的遷移與農(nóng)業(yè)、工業(yè)、環(huán)保以及水資源的保護(hù)等領(lǐng)域有著重要的聯(lián)系。了解并掌握微生物在土壤中的遷移過程，并建立相應(yīng)的模型來預(yù)測微生物遷移過程對于生物防治措施的建立以及原位生物修復(fù)技術(shù)的發(fā)展都有著重大的意義。
　　文中選用兩種不同粒徑的土壤（27μm、347μm）以及大腸桿菌作為研究對象，建立大腸桿菌質(zhì)量濃度與吸光度OD600之間的線性關(guān)系；通過室內(nèi)土柱實(shí)驗(yàn)就微生物在土壤中的運(yùn)移過程進(jìn)行研究；并在現(xiàn)有數(shù)學(xué)模型基礎(chǔ)之上，對膠體

2、過濾理論進(jìn)行改進(jìn)，建立起相對準(zhǔn)確且有較強(qiáng)適用性的改進(jìn)的CFT模型。
　　經(jīng)過實(shí)驗(yàn)分析，大腸桿菌質(zhì)量濃度C（mg/mL）與吸光度OD600之間線性關(guān)系良好，相關(guān)系數(shù)R2=0.9965，通過對OD600值的測定能夠準(zhǔn)確、迅速地得到在此條件下大腸桿菌的質(zhì)量濃度。其線性關(guān)系C=0.86073×OD600。
　　文中在已有模型的基礎(chǔ)之上，考慮到模型的易于理解和描述方面，從質(zhì)量模型出發(fā)，對CFT模型進(jìn)行改進(jìn)，在CFT模型基礎(chǔ)之上加入過濾

3、部分，建立起一個(gè)相對準(zhǔn)確以及適用性較強(qiáng)的數(shù)學(xué)模型，并在特定條件下給出改進(jìn)的CFT模型解析解。
　　將脈沖實(shí)驗(yàn)與忽略水動力彌散條件下的改進(jìn)的CFT模型擬合，求解出相關(guān)系數(shù)v、katt+kstr，擬合度為0.889，能夠較為準(zhǔn)確的描述大腸桿菌在土壤中的運(yùn)移規(guī)律，并將求解出的相關(guān)系數(shù)v、katt+kstr代入考慮水動力彌散條件下改進(jìn)的CFT模型，求解出水動力彌散系數(shù)D。
　　通過不同濃度菌懸液土柱實(shí)驗(yàn)分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)隨著菌懸液濃度的

4、減小，流出液達(dá)到穩(wěn)定時(shí)間就會延長，且到達(dá)穩(wěn)定時(shí)流出液的濃度也會隨之減小。流出液中大腸桿菌質(zhì)量累積速率也隨著菌懸液濃度的降低而減小，說明濃度是影響大腸桿菌在土壤中遷移的重要因素。
　　通過不同通菌時(shí)間下的土柱實(shí)驗(yàn)分析，研究了流出液中大腸桿菌總質(zhì)量與土壤中大腸桿菌滯留總質(zhì)量的關(guān)系，流出液中大腸桿菌質(zhì)量主要由動力過程影響，滯留于土壤中的大腸桿菌總質(zhì)量主要由阻力過程影響，發(fā)現(xiàn)兩個(gè)過程對大腸桿菌的運(yùn)移影響主要取決于通入菌懸液時(shí)間。當(dāng)通入菌懸

5、液時(shí)間較短時(shí)，阻力過程會對大腸桿菌運(yùn)移起到明顯的作用，大腸桿菌的滯留率可以達(dá)到86.87％；當(dāng)通入菌懸液時(shí)間較長時(shí)，動力過程對于大腸桿菌的運(yùn)移作用明顯，大腸桿菌滯留率僅為27.74%。
　　大腸桿菌在不同粒徑土壤中的遷移實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明，截濾作用在對大腸桿菌的滯留過程中起到了至關(guān)重要的作用，且土壤粒徑越小越容易發(fā)生截慮現(xiàn)象。截濾作用發(fā)生于土壤表面，阻礙了微生物向土柱內(nèi)部運(yùn)移，并使得微生物在土壤表層不斷聚集形成截濾層。當(dāng)截濾層未形成時(shí)，