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当前,我国可用于耕种的土地面积为1.2亿公顷左右,位列世界第四,但是人均耕地占有量很少。其中,优等、高等级耕地面积不足耕地总量的1/3。由于我国长期“重化肥,轻有机肥”的观念,使得我国耕地中的有机质含量平均降到百分之一,明显低于欧美国家2.5%-4%的水平,约一半以上的耕地缺乏微量元素,更有70%-80%耕地缺乏养分。因此,有效提升耕地土壤中的有机质和微量元素是当下的迫切需求和任务。本论文以赤铁矿和哈茨木霉为研究对象,采用X射线衍射(XRD)、透射电子显微镜(TEM)以及扫描电子显微镜(SEM)观察矿物结构变化和新活性矿物的产生,同时结合同步辐射显微红外成像(SR-FTIR)和微東X射线荧光(μ-XRF)技术原位分析矿物同有机或无机官能团的结合,研究了室内菌矿培养试验中短程有序矿物的生物化学合成途径及其形成机制。本论文的主要研究结果如下:1)随着培养时间的增加,赤铁矿与哈茨木霉共培养的溶液中pH值在初始的24小时内保持稳定,然后开始逐渐下降;培养66小时后,pH值基本维持在2.34。研究表明,培养溶液pH值的降低主要是由微生物胞外分泌物引起的。此外,随培养实验的进行,培养溶液中的Fe含量不断增加,培养66小时后约为1.25 mg/L。2)XRD和TEM结果表明:微生物的生长代谢作用会破坏赤铁矿的表观以及晶格结构,并最终使矿物结构发生改变;赤铁矿在微生物的附着和包裹下慢慢形成了新的生物活性矿物。3)SR-FTIR和μ-XFR分析发现:经过66小时的生物矿化培养,赤铁矿中出现了新的有机官能团且不同官能团同矿物的结合位置以及含量各异。且有机官能团与无机官能团之间成正相关,相关系数都大于0.5,其中羧基碳同Fe-0间的线性相关达到0.86,即在同Fe-0结合上羧基碳大于脂肪族碳。在铁含量高的位置,各官能团的含量也相对较高,具体表现为Fe-0>C=0>C-H>0-H>P-0-Fe>Fe-OH。4)菌丝体在生长的过程中会产生大量的超氧化物(ROS),特别是在菌丝的生长尖端和分化部位,这些超氧化物的产生同菌丝的生长和分化活动密切相关;菌丝产生的超氧化物能够对矿物产生作用,使矿物的价态发生转变。综上所述,通过矿物同微生物摇床培养实验,微生物生长代谢活动能够有效释放矿质元素,且产生的新的活性矿物能够与有机物形成有机-无机复合体为提升土壤肥力提供有效的措施。