物料对堆肥DOM的Fe<sup>3+</sup>生物还原强化效应的影响

练尚旺; 莫锦韬; 李诗瑶; 孙晓杰; 张军

文章摘要

练尚旺,莫锦韬,李诗瑶,孙晓杰,张军.物料对堆肥DOM的Fe³⁺生物还原强化效应的影响[J].农业环境科学学报,2025,44(12):3251-3261.

物料对堆肥DOM的Fe³⁺生物还原强化效应的影响

Effects of materials on the Fe³⁺ bio-reduction enhancement of DOM in compost

投稿时间：2024-12-22

DOI：10.11654/jaes.2024-1124

中文关键词: 物料好氧堆肥溶解性有机质电子转移能力 Fe³⁺生物还原

英文关键词: materiel aerobic composting dissolved organic matter electron transfer capacity Fe³⁺ bio-reduction

基金项目:国家自然科学基金项目（52460016）；广西科技计划项目（桂科AD25069074）

作者	单位	E-mail
练尚旺	桂林理工大学, 广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 广西桂林 541006 桂林理工大学, 流域保护与绿色发展广西高校工程研究中心, 广西桂林 541006 广西生态环保现代产业学院, 广西桂林 541006 广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西桂林 541006
莫锦韬	桂林理工大学, 广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 广西桂林 541006 桂林理工大学, 流域保护与绿色发展广西高校工程研究中心, 广西桂林 541006 广西生态环保现代产业学院, 广西桂林 541006 广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西桂林 541006
李诗瑶	桂林理工大学, 广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 广西桂林 541006 桂林理工大学, 流域保护与绿色发展广西高校工程研究中心, 广西桂林 541006 广西生态环保现代产业学院, 广西桂林 541006 广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西桂林 541006
孙晓杰	桂林理工大学, 广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 广西桂林 541006 桂林理工大学, 流域保护与绿色发展广西高校工程研究中心, 广西桂林 541006 广西生态环保现代产业学院, 广西桂林 541006 广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西桂林 541006
张军	桂林理工大学, 广西环境污染控制理论与技术重点实验室, 广西桂林 541006 桂林理工大学, 流域保护与绿色发展广西高校工程研究中心, 广西桂林 541006 广西生态环保现代产业学院, 广西桂林 541006 广西岩溶地区水污染控制与用水安全保障协同创新中心, 广西桂林 541006	zjun@glut.edu.cn

摘要点击次数: 1170

全文下载次数: 428

中文摘要:

为探讨堆肥初始物料对腐熟堆肥溶解性有机质（DOM）的Fe³⁺生物还原强化效应的影响，本研究提取了不同物料腐熟堆肥（包括猪粪PM、鸡粪CM、蚕沙SE、木薯渣CR、厨余垃圾KW、污泥SS）及泥炭土（PS）的DOM，分析其光谱特征（紫外光谱、红外光谱和三维荧光光谱）、电子转移能力（ETC）及 Fe³⁺生物还原强化效果。结果表明：PM、CM、SE和 SS中 DOM 含有更多的芳香结构、醌基官能团和更少的类木质素含量；CR中 DOM 含有更多的微生物类腐殖质组分（C2），CM和 SS中 DOM 含有更多的类色氨酸组分（C4）；6种物料堆肥DOM的电子转移能力总体略低于PS（EAC+EDC，628.42~720.57 μmol·g^-1 vs 710.37 μmol·g^-1），其中SE>PM>CR>KW>CM>SS；SS、CM和SE中DOM在0~2 d内对Fe³⁺的还原速率有显著的促进作用，相比于空白处理组分别提高了31.57、25.39倍和22.60倍；相关性分析表明，SUVA₂₅₄×C4、SUVA₄₃₆×C4指标与0~2 d Fe³⁺还原速率呈显著性正相关（P=0.05），而类木质素含量与之呈显著负相关。SS、CM和SE物料的腐熟堆肥具有较多醌类结构的类色氨酸组分，使其具有较高的在Fe³⁺/Fe²⁺和希瓦氏菌MR-1之间的电子转移能力，从而提高Fe³⁺生物还原强化效应。

英文摘要:

In this study, the aim is to explore how initial raw materials affect the promotion effect of compost DOM for Fe³⁺ bio-reduction. DOM samples were obtained by extracting six types of manured compost（pig manure, PM, chicken manure, CM, silkworm excrement, SE, cassava residue, CR, kitchen waste, KW, and sewage sludge, SS）and peat soil（PS）, and then these samples were analyzed on spectrum characteristics（FTIR, UV-vis, EEM）, electron transfer capability（ETC）, and their effects after adding Fe³⁺ bio-reduction reaction with Shewanella MR-1. The results showed that：the DOM from manure composts（pig manure, chicken manure, and silkworm excrement）and sludge compost contained more aromatic structures, quinone groups, and less lignin-like content, The compost-derived DOM from cassava residue contains more microbial humic-like components, while those from chicken manure and sewage sludge each contain abundant tryptophan-like components. The ETC of compost-derived DOM from six materials was generally slightly lower than that of PS（EAC+EDC, 628.42-720.57 μmol·g^-1 vs. 710.37 μmol·g^-1）, with the order of SE>PM>CR>KW>CM>SS. The compost-derived DOM from SS, CM, and SE significantly enhanced the Fe³⁺ reduction rate within 0-2 days, showing 31.57, 25.39, and 22.60-fold increases compared to the blank control group, respectively. Correlation analysis indicated that the structural characteristics（SUVA₂₅₄ × C4, SUVA₄₃₆ × C4）of compostderived DOM had a significant positive relationship with their enhancement of Fe³⁺ bio-reduction, while the content of lignin-like substances had a significant negative correlation with it. The mature composts of SS, CM, and SE materials contain a greater amount of quinone-like tryptophan-like components, which endow them with higher electron transfer capability in Fe³⁺/Fe²⁺ and Shewanella MR-1, thereby enhancing the Fe³⁺ bio-reduction effect.

HTML 查看全文查看/发表评论下载PDF阅读器