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本试验通过来源于不同水稻土微生物群落厌氧培养试验,以Fe(OH)3作为唯一电子受体研究了以纤维素粉作为电子供体时对氧化铁还原的影响。通过比较电子供体浓度与氧化铁还原能力的关系,以期明确不同来源的铁还原微生物对纤维素作为碳源时的利用特征。采用纯培养实验,进一步探讨一些分离纯化的铁还原菌株对纤维素粉的利用潜力。以土壤泥浆培养试验,研究了不同来源的纤维素在淹水条件下对土壤中微生物铁还原的影响,比较了对不同来源的有机物料在厌氧铁还原过程中的差异。对进一步阐明稻田生态系统中有机物代谢及其与微生物铁还原过程的关系提供了必要的理论依据。研究得出以下主要结论:(1)不同水稻土微生物群落利用纤维素的微生物铁还原能力具有显著的差异。由总体变化趋势来看,不同来源微生物群落利用纤维素的铁还原程度与设置纤维素浓度的大小成正比,Fe(II)的最终累积量表现为20 g/L处理>10 g/L处理>2 g/L处理,除TJ外的其余3种微生物群落利用浓度为20g/L的纤维素的Fe(II)浓度均可达到500 mg/L左右,接近添加的Fe(III)总量。随着添加纤维素浓度的增大,Fe(III)最大还原速率(Vmax)也表现出增大的趋势。从达到最大反应速率的时间来看,吉林和湖南水稻土微生物群落都随着添加纤维素浓度的增加,TVmax则由大变小。添加纤维素的浓度越高其到达最大反应速率的时间越早。在四川水稻土微生物群落中,不同浓度的纤维素处理到达最大反应速率的时间基本接近。(2)不同铁还原菌株利用纤维素的异化铁还原能力具有一定区别。菌株JX-a06、SC-a04、SC-a16和SC-a20在以纤维素为唯一碳源时其a较大,分别达到了71.82、76.68、79.92及71.07mg/L,Fe(III)还原率较高,分别达到21.16%、22.59%、23.55%和20.94%,菌株JX-a12、JX-a17、SC-a09、SC-a11、SC-a14和SC-a24的铁还原能力居中,分别达到16.17%~19.94%,而菌株JX-a03和JX-a08的铁还原反应活性较差,其Fe(III)还原率显著地低于其他菌株,仅为9.64%和9.66%。最大反应速率(Vmax)变化与其Fe(III)还原率变化趋势一致。12个菌株的TVmax分布在3.8d~5.7d,说明长期的纯培养过程对纤维素分解的促进作用并不明显。与接种不同水稻土微生物群落的铁还原过程相比,其Fe(II)累积量明显较低,说明试验中使用的12株具有铁还原能力的菌株直接利用纤维素碳源的能力是有限的,而纤维素的分解利用可能需要共代谢过程来加强,所以在水稻土微生物群落的铁还原过程中具有较高的铁还原效率。(3)从铁还原的程度比较,利用4种不同来源纤维素的能力表现为:三叶草﹥玉米芯﹥玉米秸杆﹥小麦秸杆。不同土壤微生物群落处理之间在玉米芯和小麦秸杆处理中有一定的差异,而在三叶草和玉米秸杆处理中其Fe(II)累积量基本相同。4种水稻土微生物群落利用不同来源纤维素时的Fe(III)还原率表现为:利用小麦秸杆时平均为35.28±8.05%,三叶草处理为76.38±3.32%,玉米芯处理为65.39±9.28%,玉米秸秆处理为48.64±7.58%,其变异系数(CV%)分别为22.83%、4.34%、14.19%和15.59%。由变异系数的变化说明,三叶草对4种水稻土微生物群落来说均属于易利用的碳源。4种水稻土微生物群落对小麦秸杆的利用率总体上说比较小,但不同水稻土微生物群落间相差较大;玉米秸秆和玉米芯作为碳源时,尽管Fe(III)还原率达到48.64%和65.39%,对碳源的利用率较高,但不同微生物群落间的变异系数亦达到15.59%和14.19%,利用率的差异比较明显。(4)添加Fe(OH)3及不同有机物料处理后对TJ水稻土的影响明显大于对SC水稻土的影响,反映了不同水稻土微生物铁还原过程的内在特征。四川水稻土中添加不同来源的纤维素的不同处理之间变化并不明显。CK的a值为6.130 mg/g,添加Fe(OH)3处理为6.513 mg/g,添加有机物料处理平均为6.233±0.215 mg/g,添加Fe(OH)3及不同有机物料处理为6.450±0.066 mg/g,总体上较CK有一定的增加,但变化并不明显。由Vmax变化看出,不同处理均较CK有明显增加,同时,TVmax在添加Fe(OH)3及不同有机物后都较之CK缩短。在TJ水稻土中,添加不同秸秆的处理,均表现为在前10天Fe(II)浓度增加迅速,随后变化缓慢,其中添加Fe(OH)3处理的Fe(II)产生量明显大于CK(自然土壤);秸秆加入可显著提高土壤中Fe(II)的累积量和生成速率,对土壤中的微生物铁还原具有明显的促进作用。TJ水稻土中添加Fe(OH)3处理的Fe(II)累积量(a)由CK的5.631 mg/g增加到5.905 mg/g,表明加入的Fe(OH)3能够迅速地被还原,其Vmax也由0.137 mg/(g·d)增加到0.245 mg/(g·d)。添加小麦秸杆、三叶草、玉米芯及玉米秸杆后,a值分别变化到6.046,6.209,6.461及6.467 mg/g,其增加量较添加Fe(OH)3处理高,表明有机物对TJ水稻土中铁还原的促进作用明显。对同时添加秸杆及Fe(OH)3处理,同样既增加了Fe(II)累积量(6.701~7.0 mg/g),又增加了Vmax(0.595~1.048 mg/g·d)。本研究通过厌氧泥浆培养、不同微生物群落混合培养和纯培养系统的研究了纤维素以及不同来源的纤维素对水稻土异化铁还原过程的影响。获得的主要结果为更全面的理解水稻土中异化铁还原过程提供了必要的理论依据。