【摘 要】
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土壤是地球表面最大的碳库之一,土壤中碳的稳定和保存对全球碳循环具有重要的意义。土壤有机碳与铁氧化物的结合是土壤碳稳定和保存的重要途径之一。微生物铁还原作用会导致铁氧化物结构的变化进而影响到铁氧化物有机碳复合体的稳定性。本研究以土壤中高结晶度矿物赤铁矿及典型异化金属还原菌希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）为供试材料,利用三维荧光光谱（EEM）、荧光显微镜、扫描电子显微镜
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土壤是地球表面最大的碳库之一,土壤中碳的稳定和保存对全球碳循环具有重要的意义。土壤有机碳与铁氧化物的结合是土壤碳稳定和保存的重要途径之一。微生物铁还原作用会导致铁氧化物结构的变化进而影响到铁氧化物有机碳复合体的稳定性。本研究以土壤中高结晶度矿物赤铁矿及典型异化金属还原菌希瓦氏菌（Shewanella oneidensis MR-1）为供试材料,利用三维荧光光谱（EEM）、荧光显微镜、扫描电子显微镜（SEM）、透射电子显微镜（TEM）、傅里叶变换红外光谱（FT-IR）结合二维相关光谱（2D-CoS）等现代仪器分析技术,探究赤铁矿与可溶性有机碳（DOC）的结合过程以及希瓦氏菌异化铁还原过程对赤铁矿结合态DOC释放的影响及机理。主要结论如下:1.赤铁矿的粒径越小,在一定范围内浓度越高,其对DOC的吸附量越大。矿物浓度较低时,其与DOC的结合较为疏松,矿物浓度较高时,其与DOC的结合较为紧密。结合过程中DOC官能团与赤铁矿作用的先后顺序为:芳香族官能团>羧基>脂肪族官能团。2.希瓦氏菌异化铁还原过程中赤铁矿结合态DOC的释放量与Fe还原量密切相关,表明该过程显著降低了赤铁矿-DOC复合体的稳定;铁还原过程中DOC官能团与赤铁矿作用的先后顺序为:脂肪族官能团>羧基>芳香族官能团。3.三维荧光光谱显示赤铁矿吸附DOC中类腐殖荧光组分,进而导致类蛋白质组分含量相对增加,而在希瓦氏菌异化铁还原过程中则会优先利用DOC中类蛋白质组分并将其转化为微生物副产物组分。腐殖化系数和自生源指数显示希瓦氏菌在异化铁还原过程中对DOC的利用和转化程度较高,且赤铁矿的存在是希瓦氏菌利用和转化DOC的关键因素。4.荧光显微镜和透射电子显微镜观察到希瓦氏菌异化铁还原过程会与赤铁矿发生团聚现象,赤铁矿通过直接聚集在希瓦氏菌表面或与希瓦氏菌的纳米导线接触进行胞外电子传递,且DOC的存在会促进微生物和矿物的团聚,有利于希瓦氏菌胞外电子传递到赤铁矿。
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