铁改性生物炭对水稻土中砷/铁还原的影响

何璇; 钱子妍; 吴川; 崔梦倩; 薛生国

文章摘要

何璇,钱子妍,吴川,崔梦倩,薛生国.铁改性生物炭对水稻土中砷/铁还原的影响[J].农业环境科学学报,2022,41(4):755-764.

铁改性生物炭对水稻土中砷/铁还原的影响

Effects of iron-modified biochar on arsenic and iron reduction in paddy soil

投稿时间：2021-08-25

DOI：10.11654/jaes.2021-0961

中文关键词: 铁改性生物炭水稻土砷铁溶解性有机碳微生物群落结构

英文关键词: iron-modified biochar paddy soil arsenic iron dissolved organic carbon microbial community structure

基金项目:国家自然科学基金项目（42177392）；湖南省湖湘青年英才项目（2018RS3004）

作者	单位	E-mail
何璇	中南大学冶金与环境学院, 长沙 410083
钱子妍	中南大学冶金与环境学院, 长沙 410083
吴川	中南大学冶金与环境学院, 长沙 410083	wuchuan@csu.edu.cn
崔梦倩	中南大学冶金与环境学院, 长沙 410083
薛生国	中南大学冶金与环境学院, 长沙 410083

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中文摘要:

为探讨铁改性生物炭对水稻土中砷（As）/铁（Fe）形态转化的影响，本研究以湖南某矿区周边As污染稻田土壤为研究对象，研究对照组（CK）、生物炭（CS）、铁改性生物炭（CFS）和蒽醌-2，6-二磺酸盐（AQDS，AS）4个处理对As/Fe形态转化及微生物群落结构的影响。结果表明：培养至49 d时，各处理中释放的As（Ⅲ）浓度为CS（383.6 μg·L^-1）>AS（335.7 μg·L^-1）>CK（296.9 μg·L^-1）>CFS（109.7 μg·L^-1）；Fe（Ⅱ）浓度为CFS（166.3 mg·L^-1）>AS（155.1 mg·L^-1）>CS（123.8 mg·L^-1）>CK（72.43 mg·L^-1）。CK、CS、CFS、AS处理中溶解性有机碳（DOC）分别被利用了52.37%、56.96%、55.29%、53.52%；3个处理组液相层中DOC的腐殖化程度显著高于CK。16S rRNA基因测序结果表明，优势微生物为变形菌门（Proteobacteria）、厚壁菌门（Firmicutes）、放线菌门（Actinobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi），约占细菌总量的70.0%；CFS处理组中As/Fe还原菌（Clostridium、Geobacter和Anaeromyxobacter）的相对丰度显著高于其他处理。研究表明，施加铁改性生物炭会改变DOC的生物利用性及微生物群落结构，从而调控水稻土中As（V）/Fe（Ⅲ）的还原，为水稻土As污染修复提供理论基础。

英文摘要:

In order to study the effect of iron-modified biochar on arsenic（As）/ iron（Fe）speciation transformation in paddy soil, Ascontaminated paddy soils near a mining area in Hunan Province were collected to study the effects of iron-modified biochar on As/Fe speciation and microbial community abundance. Treatments included control（CK）, biochar （CS）, iron-modified biochar（CFS）, and AQDS （AS）. At 49 d, the As（Ⅲ）concentrations of the different treatments were in the order of CS（383.6 μg · L^-1）>AS（335.7μg · L^-1）> CK（296.9μg·L^-1）>CFS（109.7μg·L^-1）, and the Fe（Ⅱ）concentrations varied as CFS（166.3 mg·L^-1）>AS（155.1 mg·L^-1）>CS（123.8 mg· L^-1）>CK（72.43 mg·L^-1）. Dissolved organic carbon（DOC）was utilized at proportions of 52.37%, 56.96%, 55.29%, and 53.52% in the CK, CS, CFS, and AS treatments, respectively. The humification degree of DOC in the liquid layer of CFS, AS, and CS was significantly higher than that of CK. The sequencing results of the 16S rRNA gene showed that the dominant microorganisms were Proteobacteria, Firmicutes, Actinobacteria, and Chloroflexi, which accounted for about 70.0% of the total bacteria. The relative abundance of As/Fe reducing bacteria （Clostridium, Geobacter, and Anaeromyxobacter） was highest in the CFS treatment. The introduction of the iron-modified biochar simultaneously alters the DOC bioavailability and the microbial community composition, thus affecting the reduction of As（Ⅴ）/Fe（Ⅲ）. It is potential for understanding the mechanism of As remediation in contaminated paddy soils.

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