1142 / 2019-07-31 09:57:32

饱和多孔介质中生物炭和Shewanella细胞的共运移研究：生物活性对胶体运移行为的影响

17、土壤科学与环境健康 > 专题5：生物质炭与土壤环境生态功能

近年来，生物炭已被广泛应用于土壤环境中，不仅能够优化微生物群落结构，还能够参与微生物胞外电子传递促进土壤生物修复。生物炭的实际应用效果与微生物和生物炭在地下环境中的归趋和分布有关，但目前对细菌和生物炭的共运移行为还尚未有报道。本研究以典型胞外呼吸菌株Shewanella oneidensis MR-1为例，考察了不同水化学条件下细胞和生物炭在饱和石英砂柱中的共运移行为。通过分析穿透曲线和滞留曲线发现，细胞与生物炭共运移能力明显弱于各自单独运移能力，这是由于共运移时两者发生团聚使颗粒粒径增大，更易被截留在柱中。离子强度越高，细胞和生物炭之间的静电斥力越弱，有利于团聚从而抑制了共运移，因此静电作用是影响共运移行为的重要因素。另外，与野生株相比，缺失胞外电子传递基因的突变株细胞与生物炭的共运移能力较强，且外加电子供体使野生株细胞的共运移能力进一步下降，但对突变株运移能力的影响较小。考虑到MR-1能够通过胞外电子传递使生物炭被还原，本研究进一步考察了不同氧化还原状态的生物炭与细胞的共运移行为，发现生物炭被还原后的疏水性得到提高，更易与细胞团聚从而抑制共运移。此外，MR-1细胞对生物炭表现出一定的趋向运动，这种趋化作用也有利于两者发生团聚，趋化强度与生物炭的氧化还原程度有关。因此，胞外呼吸和趋化作用等生物行为对共运移行为也有不可忽视的影响。由于土壤和水体环境富含大量具有氧化还原活性的非生物颗粒以及具有胞外呼吸能力的微生物，因此在天然环境中本研究所述生物行为的影响可能更为显著。