產(chǎn)甲烷過程對磷酸鹽存在條件下水鐵礦生物成礦過程的響應(yīng)機(jī)制.pdf

1、鐵氧化物是土壤的主要礦物，其存在形態(tài)多樣，如無定形的氫氧化鐵和水鐵礦、高結(jié)晶度的針鐵礦、赤鐵礦和磁鐵礦等。已有研究表明不同結(jié)晶度和導(dǎo)電性的鐵氧化物對厭氧環(huán)境中微生物產(chǎn)甲烷活動具有不同的影響效應(yīng)：比如易微生物還原的水鐵礦強(qiáng)烈抑制產(chǎn)甲烷過程，而磁鐵礦或赤鐵礦顯著促進(jìn)產(chǎn)甲烷過程。鐵氧化物反應(yīng)活性高，在自然環(huán)境中隨著時間的推移，鐵氧化物晶型轉(zhuǎn)變的總體規(guī)律是形成熱力學(xué)上更穩(wěn)定的晶質(zhì)態(tài)鐵氧化物（即非晶態(tài)向晶態(tài)方向轉(zhuǎn)化），這就意味著土壤鐵氧化物成礦過

2、程帶來的礦物性質(zhì)的改變會影響其與產(chǎn)甲烷過程之間的關(guān)系，目前有關(guān)產(chǎn)甲烷過程對水鐵礦成礦過程的響應(yīng)研究未見報道。
　　本論文以華南紅壤水稻土為研究對象，探討水鐵礦成礦過程對有機(jī)物互營產(chǎn)甲烷的影響及微生物機(jī)制，通過磷酸鹽的濃度調(diào)控水鐵礦不同成礦途徑，通過分析產(chǎn)甲烷速率及微生物群落結(jié)構(gòu)，了解不同水鐵礦生物成礦過程對厭氧土壤產(chǎn)甲烷活動的影響，闡明不同水鐵礦成礦產(chǎn)物與產(chǎn)甲烷過程以及產(chǎn)甲烷微生物之間的關(guān)系；同時以土壤中典型的鐵還原菌（ Geob

3、acter sulfurreducens/Geobacter metallireducens）和產(chǎn)甲烷菌（Methanosarcina barkeri）為研究對象，建立共培養(yǎng)體系研究水鐵礦微生物成礦過程對產(chǎn)甲烷過程的影響機(jī)制，為揭示不同成礦產(chǎn)物與產(chǎn)甲烷過程之間的聯(lián)系提供直接證據(jù)。論文主要結(jié)論如下：
　　1、磷酸鹽是影響水鐵礦生物成礦的重要環(huán)境因素之一，當(dāng)厭氧富集體系中有磷酸鹽時水鐵礦生物成礦產(chǎn)物為藍(lán)鐵礦，而體系中無磷酸鹽時水鐵礦生

4、物成礦產(chǎn)物為磁鐵礦。具有導(dǎo)電性的磁鐵礦對乙酸產(chǎn)甲烷過程和丙酸產(chǎn)甲烷過程都有明顯促進(jìn)效應(yīng)，與無鐵礦的對照處理相比，產(chǎn)甲烷速率提高27.4％（乙酸）和25.8%（丙酸），這種促進(jìn)效應(yīng)是因為磁鐵礦作為電子導(dǎo)體激發(fā)了乙酸互營氧化菌（ Clostridiaceae）/丙酸互營氧化菌（ Anaerolineaceae）與產(chǎn)甲烷菌（Methanosarcinaceae）之間的直接電子傳遞，促進(jìn)了有機(jī)質(zhì)互營氧化產(chǎn)甲烷過程。而不具導(dǎo)電性的成礦產(chǎn)物藍(lán)鐵礦對

5、乙酸產(chǎn)甲烷過程和丙酸產(chǎn)甲烷過程都沒有影響。
　　2、純菌共培養(yǎng)實驗結(jié)果與稻田土壤厭氧培養(yǎng)實驗結(jié)果一致，在無磷酸鹽體系中，Geobacter sulfurreducens以乙酸為電子供體還原水鐵礦的二次成礦產(chǎn)物為納米磁鐵礦，Geobacter metallireducens以乙醇為電子供體還原水鐵礦的二次成礦產(chǎn)物也為磁鐵礦。而在含磷酸鹽體系中，Geobacter還原水鐵礦的二次成礦產(chǎn)物都為藍(lán)鐵礦。導(dǎo)電性磁鐵礦顯著促進(jìn)了Geobact

6、er sulfurreducens/Methanosarcina barkeri共培養(yǎng)體系中乙酸互營氧化產(chǎn)甲烷過程，以及Geobacter metallireducens/Methanosarcina barkeri共培養(yǎng)體系中乙醇互營氧化產(chǎn)甲烷過程。我們認(rèn)為微生物納米磁鐵礦在產(chǎn)生過程中分散分布在Geobacter鞭毛上，并具有與細(xì)胞色素c相似的功能促進(jìn)了Geobacter與Methanosarcina間的直接電子傳遞過程，加速互營產(chǎn)甲