孫德四，張賢珍，肖國(guó)光

(九江學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江西 九江，332005)

鉀是農(nóng)作物生長(zhǎng)的重要元素。耕層土壤作為一個(gè)天然鉀庫(kù)，蘊(yùn)藏著很多含鉀資源，但絕大部分是水難溶性的或不溶性的，不能直接被植物吸收利用。我國(guó)鉀肥生產(chǎn)量只占世界的0.34%，除青海、新疆外，幾乎沒(méi)有具規(guī)模的生產(chǎn)基地，而消耗量占世界的14.7%，可見(jiàn)我國(guó)的活性鉀非常短缺，主要依賴進(jìn)口[1-2]。至今，國(guó)內(nèi)外主要采用高能耗、高污染的的物理化學(xué)方法從含鉀礦物中提取鉀，鮮見(jiàn)有關(guān)使用微生物技術(shù)提取鉀的實(shí)驗(yàn)研究或工業(yè)應(yīng)用的相關(guān)報(bào)道[3]。與傳統(tǒng)物理與化學(xué)工藝相比，生物浸出具有工藝簡(jiǎn)單、成本低、環(huán)境友好及除雜選擇性好等優(yōu)點(diǎn)[4]，因此，開(kāi)發(fā)環(huán)境友好的含鉀礦物的生物提鉀技術(shù)對(duì)發(fā)展生態(tài)與經(jīng)濟(jì)農(nóng)業(yè)具有十分重要的意義。土壤中的不溶性鉀主要賦存于鉀長(zhǎng)石、伊利石、明礬石和云母等硅酸鹽礦物中，目前有關(guān)利用微生物風(fēng)化分解這類硅酸鹽礦物的研究報(bào)道較多，主要集中于天然硅酸鹽礦物元素轉(zhuǎn)變過(guò)程中微生物所起的作用以及礦物分解的微生物效應(yīng)。已有研究表明：由于K，F(xiàn)e 和P 等是微生物所需的生命元素，因此，自然界中各類微生物均對(duì)含有這些元素的硅酸鹽礦物具有一定的風(fēng)化分解能力，但具有高效分解硅酸鹽礦物并能大量釋放其中的有價(jià)金屬元素(K，Si 和Al)的微生物種類較少[5]。通過(guò)對(duì)比已報(bào)道的含鉀硅酸鹽礦物微生物浸出的實(shí)驗(yàn)結(jié)果可知：有較強(qiáng)的礦物風(fēng)化分解能力且對(duì)K，Si 和Al 具有一定溶釋效果的微生物均為異養(yǎng)菌(主要是細(xì)菌及真菌)。其中，細(xì)菌中的膠質(zhì)芽孢桿菌Bacillus mucilaginosus 與環(huán)狀芽孢桿菌Bacillus circulans(又稱“鉀”細(xì)菌或硅酸鹽細(xì)菌)對(duì)硅酸鹽礦物的分解能力最強(qiáng)；真菌中的菌根真菌Piloderma sp.、巖生真菌Rock-eating fungi 及黑曲霉Aspergillus niger 等對(duì)礦物中的不溶性鉀、硅、鋁具有較強(qiáng)的活化作用，但效果不如“鉀”細(xì)菌。Lian 等[6]綜述報(bào)道了Grudev 和Genchev 等利用不同來(lái)源的7 株Bacillus circulans 和28 株fungi 浸出高嶺石與伊利石的研究結(jié)果，發(fā)現(xiàn)搖瓶浸出30 d 后，不同來(lái)源的菌種的浸礦效果存在顯著的差異，Bacillus circulans 最高可浸出礦物中＞40%的Al2O3，而fungi 對(duì)Al2O3的浸出率最高只有30% 左右；而Aleksandrov 等研究發(fā)現(xiàn)，利用硅酸鹽細(xì)菌搖瓶浸出黑云母等含鉀硅酸鹽礦物，連續(xù)浸出40 d，K，Si 和Al 的浸出率最高分別只有10.22%，9.24% 與9.24%，且礦物的溶蝕及金屬的浸出主要發(fā)生在浸出的前5 d，但若定期(每隔5 d)更換或補(bǔ)充新鮮培養(yǎng)液6～8 次，則SiO2，Al2O3和K2O 的浸出率分別可達(dá)到50.28%，57.83%和51.74%。近年來(lái)，Lian 等[6-8]分別采用不同來(lái)源的野生與誘變的硅酸鹽細(xì)菌及真菌搖瓶浸出鋁硅酸鹽礦物，K，Si 和Al各金屬元素的浸出率與上述結(jié)果基本一致。微生物對(duì)硅酸鹽礦物的風(fēng)化機(jī)理研究表明，不同來(lái)源異養(yǎng)菌之所以對(duì)礦物的分解能力不同，是由于它們的生長(zhǎng)代謝差異所致；微生物主要通過(guò)有機(jī)酸的酸解、胞外聚合物的絡(luò)解、生物膜及氧化還原等多種因素的協(xié)同作用方式風(fēng)化分解硅酸鹽礦物；微生物代謝產(chǎn)酸、產(chǎn)胞外聚合物及氧化還原酶的能力是影響其對(duì)礦物分解效果的關(guān)鍵因素[9]。然而，用于解鉀的微生物菌種主要用于制備生物菌肥，還鮮見(jiàn)有關(guān)利用微生物浸出含鉀礦物提取活性鉀、硅的實(shí)驗(yàn)研究及相關(guān)工業(yè)應(yīng)用的報(bào)道。目前，硅酸鹽礦物的生物浸出均采用搖瓶浸出形式，很少有關(guān)利用連續(xù)浸出方式浸出鉀礦物的報(bào)道。浸礦過(guò)程中細(xì)菌的活性是影響細(xì)菌浸礦效果的關(guān)鍵因素。有關(guān)硫化礦生物浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[10-12]：微生物在搖瓶浸出過(guò)程中存在明顯的生長(zhǎng)延遲期、較短的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期；而在分批攪拌浸出與連續(xù)浸出體系中的微生物對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期明顯延長(zhǎng)，特別是在連續(xù)浸出體系中細(xì)菌沒(méi)有明顯的生長(zhǎng)延遲期，整個(gè)浸出過(guò)程中細(xì)菌均保持較高的活性，因而，在合適的條件下具有較高的浸礦效率。對(duì)比分析單一與混合菌浸出硫化礦效果可知：混合菌的浸礦效果明顯要比單一菌的好，各菌種在浸礦過(guò)程中具有顯著的協(xié)同效應(yīng)[13-14]。但至今尚無(wú)有關(guān)利用混合“鉀”細(xì)菌浸出鉀礦物中K，Si，Al 及鉀礦物浸礦過(guò)程中“鉀”細(xì)菌群落結(jié)構(gòu)變化的研究報(bào)道。而有關(guān)硅酸鹽礦物的微生物風(fēng)化分解的大量實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：不同類型菌種對(duì)礦物的分解方式存在一定的差異[9,15-17]：氧化亞鐵硫桿菌可通過(guò)氧化作用風(fēng)化分解硅酸鹽礦物，環(huán)狀芽孢桿菌對(duì)礦物中的鐵具有較好的還原作用，膠質(zhì)芽孢桿菌主要通過(guò)酸解、絡(luò)解與絮凝分散作用釋放礦物中的 K，Si 和Al，而真菌可以通過(guò)菌絲生長(zhǎng)所產(chǎn)生的機(jī)械力作用破壞礦物晶體結(jié)構(gòu)。因此，各“硅酸鹽”細(xì)菌是否浸礦過(guò)程中具有協(xié)同作用，浸礦過(guò)程中微生物群落結(jié)構(gòu)如何變化等是值得研究和探索的新課題。為此，本文選用3 株表型形態(tài)及生理生化特征具有較大差異的“鉀”細(xì)菌，采用單一與混合菌對(duì)富鉀火成巖進(jìn)行搖瓶浸出與連續(xù)浸出，通過(guò)測(cè)定不同浸出上清液中的細(xì)菌濃度、pH、黏度及K，Si 和Al 含量，對(duì)比分析搖瓶浸出與連續(xù)浸出對(duì)細(xì)菌生長(zhǎng)代謝及K，Si 和Al 溶出效率的影響。通過(guò)分析浸礦效果最好的連續(xù)浸出體系中混合菌的群落結(jié)構(gòu)的演替規(guī)律，了解各菌種在浸礦過(guò)程中的地位與作用。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)礦樣

實(shí)驗(yàn)用富鉀火成巖樣品購(gòu)自浙江大學(xué)地質(zhì)標(biāo)本廠，樣品產(chǎn)地為安徽壽縣，呈淺褐色，斑狀結(jié)構(gòu)。根據(jù)X 線衍射分析，其主要礦物組成為(質(zhì)量分?jǐn)?shù))：鉀長(zhǎng)石66.12%；絹云母4.28%；堿性輝石7.21%；綠泥石6.09%；白榴石6.54%；鉀霞石9.51%。樣品的化學(xué)組成分析結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 富鉀火成巖的主要化學(xué)成分及質(zhì)量分?jǐn)?shù)Table 1 Main chemical components in rich potassium igneous rock and their relative percentage %

1.2 菌種及培養(yǎng)條件

實(shí)驗(yàn)中使用的3 株“鉀”細(xì)菌包括：膠質(zhì)芽孢桿菌(Bacillus mucilaginosus，簡(jiǎn)稱BMN)、環(huán)狀芽孢桿菌(Bacillus circulans，簡(jiǎn)稱BCM)、根瘤菌(Rhizobium spp.，簡(jiǎn)稱RHJ07)。前2 株菌種購(gòu)自中國(guó)普通微生物菌種保藏中心(CGMCC)，并通過(guò)亞硝酸鈉誘變所得的突變菌株，后一個(gè)菌種由本實(shí)驗(yàn)室從河南鋁土礦樣中分離得到。混合菌株(BMN+BCM+RHJ07)用CMR 表示。3 株菌均用Asby,s 基質(zhì)礦物培養(yǎng)基(即硅酸鹽細(xì)菌培養(yǎng)基)進(jìn)行活化與傳代培養(yǎng)。

1.3 富鉀火成巖浸出實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)采用了搖瓶浸出與連續(xù)浸出2 種浸出方式。

1.3.1 搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)

浸出實(shí)驗(yàn)采用 500 mL 的錐形瓶作為容器，瓶?jī)?nèi)裝入200 mL 滅菌的硅酸鹽細(xì)菌培養(yǎng)基，加入粒度為75 μm 的富鉀火成巖，使礦漿濃度為5%，接入對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的各單一“鉀”細(xì)菌，混合菌 CMR 按各單一菌等量(1.4×107個(gè)/mL)接入錐形瓶中，使培養(yǎng)基中細(xì)菌初始濃度為4.2×107個(gè)/mL。在初始 pH 為7.2，溫度為35 ℃，搖床轉(zhuǎn)速為 240 r/min 的條件下進(jìn)行浸出培養(yǎng)，每個(gè)實(shí)驗(yàn)均設(shè)3 個(gè)平行組，并設(shè)無(wú)菌空白對(duì)照實(shí)驗(yàn)(純培養(yǎng)基浸出實(shí)驗(yàn))。每隔1 d 取樣測(cè)定浸出液中的SiO2、Al2O3、K2O 的濃度、pH、黏度與細(xì)菌濃度，取樣后用新鮮培養(yǎng)基補(bǔ)足損失的浸出液。

1.3.2 連續(xù)浸出實(shí)驗(yàn)

為保證連續(xù)浸出環(huán)境與搖瓶浸出及分批浸出的環(huán)境基本一致，連續(xù)浸出實(shí)驗(yàn)在由自制的3 個(gè)容器(每個(gè)容量500 mL，均有攪拌器攪動(dòng))構(gòu)成的浸出裝置中進(jìn)行。首先將礦漿濃度為5%(粒度為75 μm)的富鉀火成巖礦粉培養(yǎng)基溶液分別加入到3 個(gè)容器中，使3 個(gè)容器的初始裝液量均為150 mL。然后繼續(xù)在第1 個(gè)容器中加入同樣配置的礦粉培養(yǎng)基溶液，至200 mL 后產(chǎn)生溢流，其溢流進(jìn)入下一個(gè)容器，依次類推。溢流穩(wěn)定后，將各單一菌及混合菌按照搖瓶浸出中的方法分別接入3 個(gè)容器中，這樣可使3 個(gè)浸出容器中的浸出環(huán)境基本一致。在浸出過(guò)程中，從最后容器流出的礦漿每天過(guò)濾，濾液返回到第1 個(gè)容器，使細(xì)菌循環(huán)使用。同時(shí)用新鮮培養(yǎng)基補(bǔ)充由于過(guò)濾與取樣損失的水分。浸出周期為15 d，每隔1 d 分別從3 個(gè)容器中取樣1 mL，分別測(cè)定其 SiO2，Al2O3和K2O 濃度以及細(xì)菌濃度，取3 個(gè)容器樣的平均值。

1.4 物理化學(xué)分析

浸出液及浸渣中的硅(以SiO2計(jì)量)采用硅鉬藍(lán)分光光度法(上海光譜公司，721E 分光光度儀)測(cè)定；浸渣中的鋁(以Al2O3計(jì)量)采用鉻青天S 分光光度法測(cè)定；浸出液及浸渣中的鉀(以K2O 計(jì)量)采用四苯硼鈉分光光度法測(cè)定；pH 用PHS-3C 型pH 計(jì)(上海雷磁儀器廠)測(cè)定；浸礦上清液的黏度用黏度計(jì)測(cè)定，儀器型號(hào)為NDJ-5(上海天平廠)；培養(yǎng)液及浸礦上清液中的細(xì)菌數(shù)量在XS-212 生物顯微鏡(南京江南永新光學(xué)儀器)下用平板計(jì)數(shù)法測(cè)定；用SEM(TESCAN 公司，型號(hào)為 VEGIILSU)與 XRD(日本 Rigaku 生產(chǎn)的D/Max-2500 型X 線衍射儀)觀察細(xì)菌浸出前后礦樣的表面微觀形態(tài)及礦物組成變化；浸出液紅外光譜結(jié)構(gòu)采用紅外光譜儀(Nicolet-360 FT-IR)在4 000～500 cm-1區(qū)域內(nèi)進(jìn)行紅外光譜掃描，分析不同浸出體系中浸出液的紅外結(jié)構(gòu)差異。

1.5 浸礦過(guò)程中混合菌CMR 的群落結(jié)構(gòu)分析

在各細(xì)菌生理生化及表形特征相似的情況下，浸礦過(guò)程中混合菌群落的動(dòng)態(tài)演替規(guī)律一般采用16S rDNA 的克隆和限制性長(zhǎng)度多態(tài)性分析(RFLP)手段進(jìn)行確定。而本實(shí)驗(yàn)所使用的3 株“鉀”細(xì)菌的部分生理生化特征、表形特征及 DNA 分子堿基中的G+C 摩爾分?jǐn)?shù)存在明顯的差異(結(jié)果見(jiàn)表2)，因此，浸礦過(guò)程中“鉀”細(xì)菌群落的動(dòng)態(tài)演替是通過(guò)分析細(xì)菌生理生化特征、表形特征及DNA分子堿基中的G+C摩爾分?jǐn)?shù)來(lái)確定的，這種方法較RFLP 更加簡(jiǎn)單、直接且成本較低。實(shí)驗(yàn)選用混合菌CMR 連續(xù)浸出體系作為研究對(duì)象，按照不同時(shí)間段從浸出液中取樣1 mL，然后進(jìn)行梯度稀釋并涂布于含固體硅酸鹽細(xì)菌培養(yǎng)基的平板上，靜置培養(yǎng)直至長(zhǎng)出菌落，隨機(jī)挑選200個(gè)菌落進(jìn)行分析鑒定。3 株菌的生理生化特性與表型形態(tài)特征采用文獻(xiàn)[1-2]的常規(guī)方法進(jìn)行；各細(xì)菌的DNA 采用上海生工生物技術(shù)有限公司提供的SK1201-UNIQ-10柱式細(xì)菌基因組DNA抽提試劑盒提取細(xì)菌發(fā)酵液中的DNA，采用熱變性溫度法來(lái)測(cè)定DNA 中G+C 摩爾分?jǐn)?shù)。

表2 3 株實(shí)驗(yàn)“硅酸鹽”細(xì)菌的差異性特征Table 2 Different characteristics of tested three silicate bacterial strains

2 結(jié)果與討論

2.1 實(shí)驗(yàn)菌株的生理生化特性

使用硅酸鹽細(xì)菌發(fā)酵培養(yǎng)基對(duì)細(xì)菌進(jìn)行培養(yǎng)，在初始細(xì)菌濃度為4.2×107個(gè)/mL 的條件下，測(cè)定pH和溫度對(duì)BMN，BCM 和RHJ07 生長(zhǎng)的影響，結(jié)果見(jiàn)表3 和表4。由表可見(jiàn)，3 株菌在pH 為5.0～9.1 和溫度為25～35 ℃的范圍內(nèi)都能生長(zhǎng)；最佳pH 范圍為7.2～8.3，最適溫度范圍為28～30 ℃；BMN 生長(zhǎng)的最佳pH 為7.2，最適溫度為35 ℃；BCM 生長(zhǎng)的最適pH和溫度分別為8.3 與30 ℃；RHJ07 生長(zhǎng)的最適pH 和溫度分別為7.2 和30 ℃。盡管3 株“鉀”細(xì)菌的最佳pH 和最適溫度的差別不大，但根據(jù)前期浸礦實(shí)驗(yàn)結(jié)果，BMN 的浸礦效果明顯要比BCM 和RHJ07 的好，在浸礦中起主要作用，所以，在組合菌種的浸礦實(shí)驗(yàn)中取pH=7.2，溫度為35 ℃。

表3 pH 對(duì)BMN，BCM 和RHJ07 生長(zhǎng)的影響Table 3 Effect of pH value on growth of BMN, BCM and RHJ07

表4 溫度對(duì)BMN，BCM 和RHJ07 生長(zhǎng)的影響Table 4 Effect of temperature on growth of BMN, BCM and RHJ07

在3 株實(shí)驗(yàn)用“鉀”細(xì)菌的最適宜生長(zhǎng)條件下，利用含富鉀火成巖礦物的硅酸鹽細(xì)菌培養(yǎng)基對(duì)它們進(jìn)行培養(yǎng)，測(cè)定各細(xì)菌的生長(zhǎng)曲線及發(fā)酵液中pH 與黏度隨發(fā)酵時(shí)間的變化規(guī)律，結(jié)果如圖1 所示。從圖1(a)可見(jiàn)：BMN 菌的生長(zhǎng)速度明顯要比其他2 株菌的快，且具有較高的細(xì)菌濃度，其延遲期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期與穩(wěn)定期分別為0～2，2～5 和 5～8 d；BCM 菌的延遲期、對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期與穩(wěn)定期分別為0～3，3～7 和7～9 d；而RHJ07 菌的各生長(zhǎng)對(duì)應(yīng)時(shí)期分別為0～3，3～6 和6～8 d，且發(fā)酵液中細(xì)菌濃度最低。各培養(yǎng)液的pH 與黏度與細(xì)菌生長(zhǎng)具有很強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性，在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期pH 快速降低，黏度快速升高，隨后pH 平緩下降，黏度平緩上升。BMN 菌培養(yǎng)液中的pH 與黏度在第7 天分別下降至最低值(4.4)與上升至最高值(651 mPa·s)，而B(niǎo)CM與RHJ07 菌培養(yǎng)液中的pH 與黏度均在第9 天分別達(dá)到最低值(5.1，5.4)和最高值(575，511 mPa·s)。隨后隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，培養(yǎng)液中的pH 開(kāi)始緩慢上升，黏度開(kāi)始緩慢降低，這是由于在發(fā)酵培養(yǎng)后期，環(huán)境的貧營(yíng)養(yǎng)性致使細(xì)菌又重新利用自身代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸、胞外多糖等所致。這表明，3 株菌均有一定的產(chǎn)酸與產(chǎn)胞外多糖的能力，其中BMN 菌的代謝能力最強(qiáng)。硅酸鹽礦物與微生物相互作用機(jī)理研究表明[6-8]，在硅酸鹽礦物微生物風(fēng)化分解過(guò)程中，“鉀”細(xì)菌對(duì)含鉀硅酸鹽礦物中 K，Si 和Al 的溶出是由細(xì)菌產(chǎn)生的胞外多糖類物質(zhì)與礦物中的金屬元素結(jié)合成絡(luò)合物的直接粘附作用以及細(xì)菌代謝產(chǎn)生的有機(jī)酸酸解硅酸鹽或鋁硅酸鹽的非直接作用2 部分組成的。

圖1 三株“鉀”細(xì)菌生長(zhǎng)曲線與發(fā)酵液中pH、黏度隨時(shí)間的變化規(guī)律Fig.1 Growth curves of three potassium strains and change of pH and viscosity values of supernatants with time

2.2 富鉀火成巖細(xì)菌搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)

吳濤等[5,9-9]的研究結(jié)果表明：不同來(lái)源的“鉀”細(xì)菌對(duì)硅酸鹽礦物的風(fēng)化分解能力存在較大差別，即使同一菌種也因生長(zhǎng)環(huán)境不同而導(dǎo)致其有不同的礦物風(fēng)化能力。一般認(rèn)為，具有較強(qiáng)產(chǎn)多糖能力的 BMN對(duì)含鉀礦物的分解能力較強(qiáng)。而莫彬彬報(bào)道[7]及作者前期研究表明：RHJ07 與BCM 之所以能風(fēng)化分解硅酸鹽礦物，除與它們產(chǎn)酸與產(chǎn)胞外多糖的能力有關(guān)外，還由于它們對(duì)礦物中的鐵、錳等金屬具有較強(qiáng)的還原作用，表明這類菌種在代謝過(guò)程中有產(chǎn)氧化還原酶的能力。正是由于不同菌種的生長(zhǎng)代謝特性不同導(dǎo)致它們對(duì)礦物的風(fēng)化分解機(jī)制也存在一定的差異，這種差異可能是各菌種在對(duì)礦物風(fēng)化分解過(guò)程中具有一定協(xié)同作用的基礎(chǔ)。為驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)用的3 株“鉀”細(xì)菌的浸礦協(xié)同作用，采用搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)對(duì)比分析了該3 株菌種及它們的混合菌對(duì)富鉀火成巖中主要金屬元素K，Si 和Al 的溶出效果，結(jié)果見(jiàn)圖2。

圖2 表明：BMN，RHJ07 與BCM 均對(duì)富鉀火成巖中的K，Si 和Al 有一定的浸出效果，但存在明顯的差別，BMN 菌的浸出效果最好，浸出過(guò)程中上清液中 K2O，SiO2和Al2O3的最高質(zhì)量濃度分別為0.83，5.80 和2.1 g/L；其次為BCM，浸出液中K2O，SiO2和Al2O3的最高質(zhì)量濃度分別為0.55，4.95 和1.75 g/L；RHJ07 的浸出效果最差，K2O，SiO2和Al2O3的最高質(zhì)量濃度分別為0.41，3.01 和1.25 g/L；而混合菌CMR的浸礦效果明顯要好于各單一菌種，浸出液中K2O，SiO2和Al2O3的最高質(zhì)量濃度分別達(dá)到1.38，6.26 和2.85 g/L，表明各菌種在風(fēng)化分解富鉀火成巖的過(guò)程中具有協(xié)同作用。

從圖2 可以看出：在含不同細(xì)菌浸出體系中，盡管同一金屬元素的溶出動(dòng)力學(xué)規(guī)律基本相同，但不同金屬元素(K，Si 和Al)的溶出動(dòng)力學(xué)存在明顯不同的變化規(guī)律。

2.2.1 K 的溶出規(guī)律

在含單一與混合菌的4 種浸出體系中，浸出液中K2O 質(zhì)量濃度變化趨勢(shì)基本一致，先后可以分為緩慢上升、快速上升、緩慢下降與輕度上升期 4 個(gè)階段(圖2(a))。但在不同的細(xì)菌浸出體系中，浸出液中 K2O 質(zhì)量濃度變化的4 個(gè)階段略有差別，BMN 浸出體系的4個(gè)階段分別為1～4，4～7，7～13 和13～15 d；BCM，RHJ07 與CMR 浸出體系的4 個(gè)階段分別為(1～3，3～ 8，8～12，12～15 d)，(1～5，5～ 10，10～13，13～15 d)，(1～4，4～9，9～12，12～15 d)。對(duì)照細(xì)菌生長(zhǎng)曲線結(jié)果(圖1(a))可知：K 的溶出與細(xì)菌生長(zhǎng)密切相關(guān)，在浸出的第1階段，K2O 濃度緩慢上升，對(duì)應(yīng)細(xì)菌生長(zhǎng)的停滯期與對(duì)數(shù)生長(zhǎng)前期，此階段由于細(xì)菌活性低且基本不產(chǎn)生各種代謝產(chǎn)物，K 的溶出是培養(yǎng)基溶液對(duì)礦物的微弱風(fēng)化作用所致。在浸出的第2 階段(對(duì)應(yīng)細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)的中后期與穩(wěn)定期及衰亡期前期)，由于細(xì)菌代謝產(chǎn)生了一定量的有機(jī)酸、氧化還原酶與胞外多糖，酸解、絡(luò)解與氧化還原作用增強(qiáng)，K2O 質(zhì)量濃度持續(xù)升高，同時(shí)細(xì)菌在對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的活性最高，吸附在礦物表面的細(xì)菌在生長(zhǎng)中會(huì)對(duì)礦物產(chǎn)生機(jī)械崩解作用，加速礦物顆粒的破碎，變得更細(xì)小，增大風(fēng)化面積，使風(fēng)化反應(yīng)更易進(jìn)行。在浸出的第三階段，K2O 的質(zhì)量濃度輕微下降，導(dǎo)致這一結(jié)果的可能原因是 K 是細(xì)菌生長(zhǎng)的必需元素，在此階段細(xì)菌 K 的溶出量低于細(xì)菌消耗量。在浸出的最后階段，K2O 的質(zhì)量濃度又輕微上升的可能原因是該階段細(xì)胞發(fā)生分解，又釋放生長(zhǎng)時(shí)消耗的K 所致。

2.2.2 Si 的溶出規(guī)律

在4 種單一與混合菌浸出體系中，在15 d 的浸出周期內(nèi)，各浸出液中SiO2質(zhì)量濃度均持續(xù)升高，但溶出速率與細(xì)菌生長(zhǎng)代謝活性密切相關(guān)(圖2(b))。在浸出前期(對(duì)應(yīng)細(xì)菌生長(zhǎng)的停滯期)，SiO2質(zhì)量濃度上升緩慢，其原因可能是細(xì)菌代謝活性較低，較少產(chǎn)酸與胞外聚合物，因此富鉀火成巖通過(guò)質(zhì)子交換與配體絡(luò)合2 種方式產(chǎn)生溶解的能力均較弱。而在浸出后期(細(xì)菌生長(zhǎng)衰亡期中后期)SiO2質(zhì)量濃度增幅速率很小的可能原因是該階段浸出液處于貧營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)，細(xì)菌開(kāi)始自溶，細(xì)菌的氧化還原能力及酸解與絡(luò)解作用顯著降低所致。在細(xì)菌生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)期與穩(wěn)定期，浸出液中SiO2質(zhì)量濃度增幅速率顯著，也可能是該階段細(xì)菌對(duì)礦物的機(jī)械破壞、質(zhì)子交換、配體絡(luò)合及氧化還原作用增強(qiáng)所致。作者前期研究表明：礦物中不同金屬元素的溶出機(jī)制略有不同，K 與Si 的溶出主要受細(xì)菌間接作用機(jī)制的影響，而Al 的溶出主要受細(xì)菌直接作用機(jī)制的影響。因此，具有較強(qiáng)產(chǎn)小分子有機(jī)酸與胞外多糖能力的“鉀”細(xì)菌對(duì)硅酸鹽礦物中K 與Si 的溶出能力較強(qiáng)。

2.2.3 Al 的溶出規(guī)律

在4 種細(xì)菌浸出體系中，除浸出速率不同外，Al的溶出整體上均可以分為上升與下降2 個(gè)階段(圖2(c))。在細(xì)菌的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期與穩(wěn)定期，浸出液中Al2O3的質(zhì)量濃度顯著增加，與SiO2的溶出規(guī)律相同，但研究認(rèn)為Al 的溶出主要受細(xì)菌—礦物直接作用機(jī)制的影響，特別是在細(xì)菌生長(zhǎng)的對(duì)數(shù)期后期與穩(wěn)定期，由于礦物表面生物膜及細(xì)菌—礦物復(fù)合體的形成，提高了細(xì)菌及代謝產(chǎn)物對(duì)礦物中Al 的溶出能力，Al 的溶出量明顯大于代謝產(chǎn)物吸附絮凝沉淀的量。進(jìn)入細(xì)菌生長(zhǎng)的衰亡期后，Al2O3的質(zhì)量濃度顯著降低，該階段的一個(gè)顯著特征是代謝產(chǎn)物與細(xì)菌出現(xiàn)了絮凝，形成了大量絮狀物，溶出的Al 因受代謝產(chǎn)物的絮凝沉淀而降低(由于細(xì)菌生長(zhǎng)對(duì)Al 和Si 需求極少，因此，這一變化過(guò)程可能與細(xì)菌生長(zhǎng)的吸收利用無(wú)關(guān))。Zhou 等[17]研究結(jié)果表明：細(xì)菌—礦物直接接觸作用表現(xiàn)出細(xì)菌對(duì)Al 的溶出作用增強(qiáng)，而隔離實(shí)驗(yàn)則反映了代謝產(chǎn)物對(duì)Al 的抑制作用；高嶺石、伊利石、葉蠟石與石英或Si 離子的微細(xì)顆粒在細(xì)菌所產(chǎn)生的多糖溶液中具有良好的分散性能，而同樣直徑的一水鋁石或Al 離子在該溶液中很快會(huì)絮凝沉淀。

圖2 搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.2 Results of flask bioleaching

2.3 富鉀火成巖細(xì)菌連續(xù)浸出實(shí)驗(yàn)

目前有硅酸鹽礦物的微生物風(fēng)化分解實(shí)驗(yàn)均在搖瓶浸出體系中進(jìn)行，尚無(wú)有關(guān)利用連續(xù)浸出工藝浸出含鉀硅酸鹽礦物的相關(guān)報(bào)道。有關(guān)金屬礦的微生物浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：連續(xù)浸出可以顯著提高細(xì)菌活性和浸出速率。為此，為進(jìn)一步研究浸礦效果較好的單一菌BMN 和混合菌CMR 對(duì)礦物的風(fēng)化分解能力，實(shí)驗(yàn)采用連續(xù)浸出體系浸出富鉀火成巖。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中當(dāng)連續(xù)浸出裝置的液流穩(wěn)定后，并在保證連續(xù)浸出裝置中的3 個(gè)容器的浸出環(huán)境基本一致的情況下，每隔1 d從3 個(gè)容器中取1 mL 浸出液并混合，分別測(cè)定其中的K2O、SiO2、Al2O3質(zhì)量濃度，結(jié)果見(jiàn)圖3。同時(shí)，分析了浸出液中細(xì)菌數(shù)量及可溶性與不溶性金屬氧化物(K2O、SiO2、Al2O3)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，結(jié)果見(jiàn)圖4。

從圖3 可見(jiàn)：?jiǎn)我痪鶥MN 與混合菌CMR 在連續(xù)浸出體系中對(duì)富鉀火成巖中的K，Si 和Al 的溶出速率及溶出量明顯要比在搖瓶浸出體系中的快與高，且K 和Al 的溶出規(guī)律略有差異；在為期15 d 的浸出周期內(nèi)，BMN 與CMR 的浸出上清液中K2O 的最高質(zhì)量濃度分別為1.21 和1.78 g/L，SiO2的最高質(zhì)量濃度分別為7.41 和9.79 g/L，Al2O3的最高質(zhì)量濃度分別為3.12 和4.58 g/L；到第15 d 浸出結(jié)束時(shí)，在BMN 的連續(xù)浸出體系中，K2O，SiO2和Al2O3的浸出率分別為30.50%，25.44%和28.39%，而在搖瓶浸出體系中的最終浸出率分別為18.44%，19.92%和7.25%；在CMR 連續(xù)浸出體系中，分別可以浸出52.36%的K2O，33.62%的SiO2與40.55%的Al2O3，而對(duì)應(yīng)的搖瓶浸出率分別只有30.64%，21.49%和9.91%，這一結(jié)果說(shuō)明連續(xù)浸出體系可以顯著促進(jìn)富鉀火成巖的細(xì)菌風(fēng)化分解能力，提高單一與混合菌的浸出效率。在 K，Si和Al 的溶出動(dòng)力學(xué)規(guī)律上，浸出液中SiO2質(zhì)量濃度隨浸出時(shí)間的變化規(guī)律與搖瓶浸出體系中的相似，而K 和Al 的溶出表現(xiàn)出略為不同的動(dòng)力學(xué)特征。在連續(xù)浸出的15 d 內(nèi)，浸出液中K2O 質(zhì)量濃度隨浸出時(shí)間的延長(zhǎng)持續(xù)升高，沒(méi)有表現(xiàn)出在搖瓶浸出體系中K2O 質(zhì)量濃度輕度下降的階段，這表明在整個(gè)浸出周期內(nèi)細(xì)菌對(duì)K 的溶出量大于細(xì)菌對(duì)K 的消耗量；對(duì)Al 的溶出，在浸出的前12 d，溶出規(guī)律與搖瓶浸出相似，可分為上升與下降2 個(gè)階段，但上升速率明顯要快，下降幅度明顯變緩；而到浸出的第12 天后，浸出液中Al2O3質(zhì)量濃度又開(kāi)始輕度上升，表現(xiàn)出與搖瓶浸出相反的動(dòng)力學(xué)特征。

圖3 連續(xù)浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果Fig.3 Results of continuous bioleaching

已有生物浸礦及礦物微生物風(fēng)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明[6-9]：礦物的風(fēng)化分解速率與微生物的生長(zhǎng)代謝活性密切相關(guān)，處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期的微生物對(duì)礦物的溶蝕能力明顯要高于處于延遲期或穩(wěn)定期與衰亡期的微生物對(duì)礦物的溶蝕能力。對(duì)細(xì)菌的生物生長(zhǎng)與代謝活潑性研究表明：在浸出或發(fā)酵培養(yǎng)過(guò)程開(kāi)始時(shí)，細(xì)菌的活潑性最弱；在浸出過(guò)程的中期，由于形成了培養(yǎng)物發(fā)展的最佳條件，此時(shí)細(xì)菌的活潑性最高；而在浸出的后期，由于聚集了一些有毒物質(zhì)與浸出液中營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)的大量減少而使細(xì)菌活性降低。在搖瓶浸出體系中，細(xì)菌生長(zhǎng)均存在明顯的延遲期與較短的對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，并隨著發(fā)酵時(shí)間的延長(zhǎng)，細(xì)菌的活性逐漸降低并有大量自溶死亡。很顯然，延遲期是導(dǎo)致細(xì)菌浸礦周期延長(zhǎng)的原因之一，而浸出液中活性細(xì)菌數(shù)量降低是導(dǎo)致K，Si 和Al 浸出率較低的主要因素。而在連續(xù)浸出體系中是循環(huán)利用過(guò)濾后的細(xì)菌溶液，細(xì)菌與礦物顆粒之間接觸比搖瓶浸出體系更加充分，過(guò)濾可以消除部分浸出液中聚集的對(duì)細(xì)菌有抑制作用的有毒物質(zhì)，同時(shí)用新鮮培養(yǎng)基補(bǔ)充浸礦或過(guò)濾中損失的浸出液，因此，細(xì)菌的活性會(huì)在浸出過(guò)程中迅速恢復(fù)。從圖4(a)可以看出：在15 d 的浸出時(shí)間內(nèi)，單一菌BMN 與混合菌CMR 沒(méi)有明顯的延遲期，基本處于對(duì)數(shù)生長(zhǎng)期，表明菌種在浸礦周期內(nèi)具有較高的活性，且浸出結(jié)束時(shí)浸出液中的pH 保持在5.3 左右，產(chǎn)酸能力略高于搖瓶浸出體系時(shí)的產(chǎn)酸能力，這可能是細(xì)菌在連續(xù)浸出體系中浸出能力要高于搖瓶浸出體系中的主要原因。

圖4 連續(xù)浸出體系中細(xì)菌生長(zhǎng)曲線及可溶性與不溶性金屬氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.4 Growth curves of CMR and BMN and percentages of soluble and insoluble metallic oxides

浸出結(jié)束后，分析浸出液中可溶性與不溶性金屬氧化物的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(圖4(b))。結(jié)果表明：浸出液中可溶性 K2O 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(62.42%)明顯要高于不溶性K2O 的質(zhì)量分?jǐn)?shù)(27.58%)，而可溶性與不溶性的 SiO2和Al2O3的質(zhì)量分?jǐn)?shù)基本相近。這一結(jié)果進(jìn)一步表明：K 的溶出主要受細(xì)菌及代謝產(chǎn)物的生物化學(xué)作用(間接溶出機(jī)制)的影響，而Si 和Al 的溶出除受生物化學(xué)作用的影響外，代謝產(chǎn)物的生物物理浮選作用也是十分重要的因素之一。當(dāng)?shù)V物顆粒越細(xì)，浸出液中不溶性的K，Si 和Al 含量越高，導(dǎo)致這一結(jié)果的原因是：1) 在較細(xì)粒度下，一部分硅酸鹽礦物單體(高嶺石、伊利石、石英、鉀長(zhǎng)石)從組成復(fù)雜的礦物中解離出來(lái)，而這些礦物的微細(xì)顆粒(粒度≤45 μm)在細(xì)菌多糖溶液中具有良好的分散性能；2) 這些礦物在細(xì)菌的溶蝕作用下分解成了水鋁石與石英，石英在此多糖溶液中具有比上述礦物更好的分散性能，而水鋁石則絮凝沉淀形成精礦。

2.4 浸渣的SEM 與XRD 及浸出液的IR 分析

富鉀火成巖原礦及被CMR 搖瓶浸出與連續(xù)浸出15 d 后的浸渣樣品的SEM 與XRD 分析結(jié)果見(jiàn)圖5 與圖6；不同浸出方式的浸出液的紅外光譜分析結(jié)果見(jiàn)圖7。

從圖5(a)可以看出：未經(jīng)細(xì)菌作用的富鉀火成巖原礦礦物顆粒表面光滑，棱角分明，凹凸不平狀明顯，晶體結(jié)構(gòu)完整；而經(jīng)細(xì)菌作用后的富鉀火成巖顆粒表面發(fā)生了明顯的變化，礦樣被搖瓶浸出15 d 后，礦物顆粒大的棱角與凸起部分被分裂成更多細(xì)小棱角，邊緣變得模糊不清，礦樣表面出現(xiàn)了大量的溶蝕坑(圖5(b))；而圖5(c)表明：連續(xù)浸出方式比搖瓶浸出方式對(duì)富鉀火成巖的溶蝕作用更為明顯，凸起的棱角完全被溶蝕，細(xì)小顆粒及非晶態(tài)物質(zhì)顯著增多，礦物晶體結(jié)構(gòu)基本被破壞，且在細(xì)菌分泌的胞外大分子物質(zhì)的交聯(lián)作用下，顆粒相互粘連在一起而成絮狀。

圖6(a)表明：未經(jīng)細(xì)菌作用的富鉀火成巖原礦中主要礦物為鉀長(zhǎng)石，傍生礦物主要有霞石、綠泥石、白榴石、絹云母與輝石等不同結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物，其XRD 圖譜中反映它們的晶體結(jié)構(gòu)的特征峰明顯；而經(jīng)混合菌CMR 浸出作用15 d 后，在搖瓶浸出體系中的浸渣樣品XRD 圖譜中(圖6(b))，白榴石、綠泥石、輝石與霞石的特征銳鋒均有明顯下降；而在連續(xù)浸出體系中的浸渣樣品XRD 圖譜中(圖6(c))，其反映白榴石、綠泥石、絹云母與輝石的特征峰基本消失，反映霞石與鉀長(zhǎng)石的各特征峰下降更為顯著并有部分消失，且出現(xiàn)了反映水鋁石的新特征銳鋒。這表明：被細(xì)菌分解的硅酸鹽礦物轉(zhuǎn)化成了水鋁石；混合菌CMR 在連續(xù)浸出體系中對(duì)富鉀火成巖的溶蝕效果要比在搖瓶浸出體系中的好。這與作者前期研究[6-9]及莫彬彬等[7]的結(jié)果一致。他們認(rèn)為，試驗(yàn)條件下，硅酸鹽細(xì)菌對(duì)不同晶體結(jié)構(gòu)的硅酸鹽礦物存在明確的風(fēng)化序列，具層狀結(jié)構(gòu)的云母、綠泥石較架狀結(jié)構(gòu)的霞石與鉀長(zhǎng)石容易被首先風(fēng)化，并在風(fēng)化過(guò)程中有可能轉(zhuǎn)化成水鋁石、石英等其他晶體結(jié)構(gòu)的鋁硅酸鹽礦物，硅酸鹽細(xì)菌對(duì)不同結(jié)構(gòu)礦物的分解作用有一定的選擇性。富鉀火成巖是由多種礦物組成的，在多種礦物共存的條件下，細(xì)菌對(duì)富鉀火成巖的分解作用會(huì)因礦物晶體結(jié)構(gòu)的不同而在作用強(qiáng)弱或快慢上表現(xiàn)出明顯差異，從而對(duì)不同類型的礦物行使不同程度的破壞作用，微生物對(duì)礦物的破壞作用不僅表現(xiàn)在不同礦物之間，也表現(xiàn)在同種礦物的不同部位之間。

圖5 富鉀火成巖原礦及被混合菌搖瓶浸出與連續(xù)浸出15 d后的浸渣樣品的SEM 圖Fig.5 SEMs of rich potassium igneous rock raw ore and leaching dregs of flask leaching and continuous leaching by mixed culture

作者前期研究結(jié)果[8-9]表明：不同來(lái)源的硅酸鹽細(xì)菌在發(fā)酵培養(yǎng)與浸礦過(guò)程中可以代謝產(chǎn)生草酸、蘋(píng)果酸、酒石酸與檸檬酸及大分子胞外多糖物質(zhì)，且鋁硅酸鹽礦物可以顯著促進(jìn)細(xì)菌產(chǎn)代謝產(chǎn)物的能力；而代謝產(chǎn)物可以通過(guò)酸解、絡(luò)解的方式風(fēng)化分解鋁硅酸鹽礦物，將不溶性的Si，Al，K 和Fe 等元素轉(zhuǎn)變成可溶性的離子或有機(jī)絡(luò)合物。從混合菌各發(fā)酵液與浸出液的紅外光譜圖(圖7)可以看出：3 組不同浸出液均具有碳水化合物的典型吸收峰。在官能團(tuán)區(qū)3 400 cm-1附近歸屬為O—H 伸縮振動(dòng)，峰強(qiáng)且寬，說(shuō)明3 組浸出液中均有大量的OH-，但強(qiáng)度有明顯差別，由強(qiáng)到弱分別為富鉀火成巖連續(xù)浸出液(A)，富鉀火成巖搖瓶浸出液(B)，無(wú)礦物的發(fā)酵液(C)，說(shuō)明富鉀火成巖礦粉可以誘導(dǎo)細(xì)菌產(chǎn)生更多的胞外多糖與有機(jī)酸等代謝產(chǎn)物，且浸出方式對(duì)細(xì)菌代謝能力也有明顯的影響；從峰形區(qū)別，浸出液A 與B 的峰形比浸出液C 的寬，推測(cè)浸出液A 和B 中還可能存在螯合的羥基，這很可能是由細(xì)菌代謝產(chǎn)生多糖等的羥基與礦粉中陽(yáng)離子螯合而成。在3 組浸出液的IR 圖中，均有C=O(1 627 cm-1附近)、—CH3(1 371 cm-1附近)、C—O(1 030 cm-1附近)伸縮振動(dòng)，但強(qiáng)度也存在明顯差別，表現(xiàn)出與O—H 伸縮振動(dòng)相同的規(guī)律，進(jìn)一步說(shuō)明礦物可以刺激與促進(jìn)細(xì)菌的代謝能力；在指紋區(qū)，浸出液A 與浸出液B 在2 923 cm-1和2 270 cm-1附近出現(xiàn)了2 個(gè)明顯的新吸收峰，特別是浸出液A 在900～500 cm-1區(qū)間的吸收峰明顯增多，含有白榴石、綠泥石與鉀長(zhǎng)石等的Si—O 與Al—O 特征峰，說(shuō)明加了富鉀火成巖礦粉的2 個(gè)實(shí)驗(yàn)組除了有多糖等代謝產(chǎn)物的特征官能團(tuán)的伸縮振動(dòng)外，還含有Si—O 和Al—O 等鋁硅酸鹽礦物的特征峰，這很可能是由于有機(jī)酸和多糖等代謝產(chǎn)物的螯合作用使得火成巖中的Si 和Al 易于與其復(fù)合在一起，明顯區(qū)別于不含火成巖的細(xì)菌發(fā)酵液的紅外光譜結(jié)構(gòu)。

圖6 富鉀火成巖原礦及被混合菌搖瓶與連續(xù)浸出后的XRD 圖Fig.6 XRD patterns of raw ore and dregs of batch leaching and continuous leaching by CMR

圖7 浸出液紅外光譜圖Fig.7 IR patterns of supernatants

2.5 浸礦過(guò)程中“鉀”細(xì)菌群落的動(dòng)態(tài)演替

在搖瓶浸出與連續(xù)浸出2 種浸出體系中，選取富鉀火成巖浸出效果較好的連續(xù)浸出體系作為研究對(duì)象，分析浸礦過(guò)程中混合菌種群落結(jié)構(gòu)變化規(guī)律。分別在浸出的第3，6，9，12 和15 天從浸出液中取樣，進(jìn)行稀釋涂布平板培養(yǎng)，通過(guò)對(duì)菌株的分離純化，隨機(jī)挑選200 個(gè)菌落進(jìn)行生理生化與表型特征鑒別，各樣品中3 種“鉀”細(xì)菌的比例結(jié)果見(jiàn)圖8。從圖8 可以看出：在第3 天和第6 天的樣品中，各菌種質(zhì)量分?jǐn)?shù)差異不大，Bacillus mucilaginosus BMN 所占比例最高，分別為40% 和46.7%，而B(niǎo)acillus circulans BCM和Rhizobium spp.RHJ07 分別各占32.7%，30%和27.3%，21.7%；在第9 天樣品中，BCM 與BMN 菌明顯為優(yōu)勢(shì)菌種，質(zhì)量分?jǐn)?shù)分別為41.4%與45%。而當(dāng)浸出到第12 天及后階段，浸礦微生物的群落組成發(fā)生了更加明顯的變化。隨著浸出時(shí)間的延長(zhǎng)，RHJ07 菌種所占比例大幅降低，在第15 天的樣品中只占5.7%；BCM 所占比例也有較大幅度降低，在第12 和15 天分別為18.8%和18%；而B(niǎo)MN 所占比例迅速增加，在第12 和15 天樣品中各占73.3%和76.3%。

通過(guò)各樣品分析結(jié)果的對(duì)比可以看出，在富鉀火成巖的浸出前期(0～6 d)，浸礦體系中3 種硅酸鹽細(xì)菌所占比例差異較小，沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)菌種；浸礦中期，BCM 與BMN 同為優(yōu)勢(shì)菌種；而到了浸礦的后期，BMN 的比例明顯上升，并最后取代BCM 和RHJ07成為優(yōu)勢(shì)菌種。因此，可以推測(cè)，在浸出過(guò)程中浸出環(huán)境的生物及物理化學(xué)性質(zhì)的改變對(duì)“鉀”細(xì)菌的群落組成產(chǎn)生了影響，這些因素可能是浸出體系中各離子濃度、pH、作為微生物生長(zhǎng)能源的有機(jī)營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)(如蔗糖)濃度等。

圖8 各菌種在5 個(gè)樣品中所占質(zhì)量分?jǐn)?shù)Fig.8 Mass fractions of each tested bacterial strains

3 結(jié)論

1) 搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：混合“鉀”細(xì)菌 CMR具有較高的浸出效率，到第15 天浸出結(jié)束，K2O，SiO2和Al2O3的浸出率分別為30.67%，21.49%和9.91%；而3 株單一“鉀”細(xì)菌中，BMN 的浸礦效果最好，但K2O，SiO2和Al2O3的浸出率也明顯比混合菌CMR 的低，分別為18.44%，19.92%和7.25%。

2) 與搖瓶浸出實(shí)驗(yàn)結(jié)果相比，連續(xù)浸出方式可以顯著提高單一與混合“鉀”細(xì)菌的浸礦效率。連續(xù)浸出15 d 后，BMN 可以分別浸出富鉀火成巖中30.50%，25.44%和28.39%的K2O，SiO2和Al2O3，而CMR 的浸出效果明顯較BMN 的浸出效果要好，K2O，SiO2和 Al2O3的浸出率分別到達(dá) 52.36%，33.62%和40.55%。進(jìn)一步說(shuō)明3 株實(shí)驗(yàn)用“鉀”細(xì)菌在對(duì)富鉀火成巖的浸出過(guò)程中具有協(xié)同作用。

3) “鉀”細(xì)菌對(duì)富鉀火成巖的分解作用是通過(guò)其代謝產(chǎn)物的酸解、絡(luò)解等化學(xué)作用及胞外大分子物質(zhì)(如多糖)對(duì)礦物的生物浮選作用等各種因素協(xié)同作用的結(jié)果。

4) 在富鉀火成巖混合菌浸出前期，3 株菌種的比例相差不大，沒(méi)有明顯的優(yōu)勢(shì)菌種；浸礦中期，BCM與BMN 同為優(yōu)勢(shì)菌種；而到浸礦后期，Bacillus mucilaginosus BMN 在群落中的比例會(huì)上升，并最后取代Bacillus circulans BCM 和Rhizobium spp. RHJ07成為優(yōu)勢(shì)菌種。

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