王 帥, 徐俊平, 王 楠, 竇 森, 劉 蘭, 范嘉妍, 李芳慧

(1. 吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院 農(nóng)學(xué)院, 吉林 吉林 132101； 2. 吉林農(nóng)業(yè)大學(xué) 資源與環(huán)境學(xué)院, 長春 130118)

木質(zhì)素等有機(jī)分子的腐殖化是土壤自然肥力形成的物質(zhì)基礎(chǔ), 農(nóng)業(yè)固體廢棄物中含有大量的木質(zhì)纖維成分, 由于木質(zhì)素的纏繞保護(hù)作用, 使得纖維成分不易降解, 因此, 加速木質(zhì)素向腐殖質(zhì)(HS)轉(zhuǎn)化已成為促進(jìn)堆肥快速腐解的關(guān)鍵[1]. 在土壤腐殖化進(jìn)程中, 木質(zhì)素及其酚型、 醌型和脂肪族化合物等降解產(chǎn)物均可成為HS形成的重要前體物質(zhì)[2]. 木質(zhì)素完全降解是真菌、 細(xì)菌及其微生物群落共同作用的結(jié)果, 由于木質(zhì)素分解是一個(gè)氧化過程[3], 因此真菌驅(qū)動(dòng)的氧化反應(yīng)在次生代謝階段占主導(dǎo)地位； 細(xì)菌降解木質(zhì)素在初級(jí)代謝階段主要對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行改性, 使其增加水溶性， 并產(chǎn)生一種被修飾的、 水溶的、 酸可沉淀的多聚木質(zhì)素. 多聚木質(zhì)素中的酚羥基、 羧基與HS含氧官能團(tuán)結(jié)構(gòu)相似, 可作為HS形成的前體物質(zhì)[4].

在原始土壤形成過程中, 礦物質(zhì)參與HS的合成反應(yīng), 既充當(dāng)微生物生存所附著的黏附界面, 又可充當(dāng)氧化劑成為胞外呼吸的電子受體[5], 對木質(zhì)素分解及HS形成起非生物催化作用. 此外, 礦物也可加速酚類化合物的非生物聚合作用[6]. 目前關(guān)于微生物利用木質(zhì)素形成HS以及微生物不同接種順序?qū)S的影響研究較多: 李艷等[7]研究表明, 微生物能促進(jìn)混有玉米秸稈暗棕壤的腐殖化程度, 其中細(xì)菌作用最??； Huang等[8]將黃孢原毛平革菌(Phanerochaetechrysosporium)和栗褐鏈霉菌(Streptomycesbadius)接種于稻草秸桿, 研究了其對稻草秸稈的生物脫木質(zhì)化作用; Yanagi等[9]通過接種金色鏈霉菌(Streptomycesaureus)、 鮭貝革蓋菌(CoriolusconsorsImaz)、 毛云芝菌(Coriolushirsutus)和樺革褶菌(Lenzitesbetulina)等研究了各菌株對5種來源胡敏酸(HA)脫色降解的差異, 揭示了HA化學(xué)結(jié)構(gòu)以及對微生物脫色反應(yīng)的抵制特性與微生物種類有關(guān)； Xi等[10]利用多階段接種微生物菌劑的方法明顯提高生活廢棄物堆肥腐熟階段的細(xì)菌群落多樣性, 進(jìn)而加快堆肥的腐熟進(jìn)程; Filip等[11]研究表明, 黏土礦物能縮短暗色物質(zhì)的形成時(shí)間, 對堿提取腐殖酸類聚合物的形成有促進(jìn)作用； Fukuchi等[12]研究表明, 沸石有利于類HA中氮含量和分子量的提高, 對醌、 酮等羰基碳含量有促進(jìn)作用； Duarte等[13]研究表明, 礦物表面明顯抑制土壤HA分子中非晶形亞甲基結(jié)構(gòu)的形成, 但可促進(jìn)HA的芳香度. 對微生物驅(qū)動(dòng)下木質(zhì)素向HS轉(zhuǎn)化以及礦物參與腐殖化進(jìn)程的研究較多， 但不同菌株培養(yǎng)順序以及不同黏土礦物添加對HS組成的差異影響尚未見文獻(xiàn)報(bào)道.

K礦物和M礦物均為土壤中常見的、 數(shù)量較大的、 1∶1型和2∶1型層狀硅酸鹽黏土礦物的典型代表, 二者在比表面積、 層間作用力、 膨脹性和可塑性等物理性狀上存在差異[14], 通過靜電引力和疏水作用力對土壤微生物學(xué)特性產(chǎn)生差異影響, 進(jìn)而在微生物利用底物、 硝化與呼吸作用以及生長繁衍等方面有促進(jìn)或抑制作用, 最終影響微生物驅(qū)動(dòng)下木質(zhì)素向HS的轉(zhuǎn)化進(jìn)程[15]. 本文在室內(nèi)培養(yǎng)條件下, 以混有木質(zhì)素的白漿土為供試對象, 通過設(shè)置黑曲霉(Aspergillusniger)、 巨大芽孢桿菌(Bacillusmegaterium)和灰色鏈霉菌(Streptomycesgriseus)的6種培養(yǎng)順序, 以SiO2為對照, 研究K礦物和M礦物對白漿土腐殖質(zhì)組成的差異影響, 并分析黏土礦物參與腐殖質(zhì)形成機(jī)理以及不同菌株培養(yǎng)順序?qū)Ω迟|(zhì)組成的影響規(guī)律.

1 材料與方法

1.1 材 料

白漿土取自吉林農(nóng)業(yè)科技學(xué)院北大地玉米實(shí)驗(yàn)田(E 126°28′48.66″, N 43°57′34.85″), 經(jīng)風(fēng)干、 粉碎后過0.25 mm篩； 木質(zhì)素購于日本東京化成工業(yè)株式會(huì)社, CAS No.[9005-53-2]； 高嶺土(石)(Al2O3·2SiO2·2H2O, CAS No.[1332-58-7])和蒙脫土(石)(K10, CAS No.[1318-93-0])購于國藥集團(tuán)化學(xué)試劑有限公司； SiO2購于天津科密歐化學(xué)試劑有限公司.

1.2 實(shí) 驗(yàn)

采用室內(nèi)培養(yǎng)法. 準(zhǔn)確稱取18.5 g白漿土于100 mL三角瓶中, 添加0.5 g木質(zhì)素與1.0 g礦物質(zhì)粉末, 混勻后用蒸餾水將混料含水量調(diào)至田間持水量的80%, 塞緊防菌棉塞, 用報(bào)紙包扎后進(jìn)行高壓蒸汽滅菌(121 ℃, 20 min), 待滅菌徹底后, 在無菌條件下自然冷卻.

供試礦物為高嶺土(石)(kaolinite, K)和蒙脫土(石)(montmorillonite, M), 以SiO2(silicon dioxide, Sd)為對照. 3種菌株均從白漿土中篩選, 經(jīng)16sRNA鑒定, 分別歸屬于細(xì)菌類芽孢菌屬中的巨大芽孢桿菌(B.megaterium)、 放線菌類鏈霉菌屬中的灰色鏈霉菌(S.griseus)及真菌類曲霉屬中的黑曲霉(A.niger). 將B.megaterium用牛肉膏-蛋白胨培養(yǎng)基擴(kuò)培,S.griseus用高氏一號(hào)培養(yǎng)基擴(kuò)培,A.niger用馬鈴薯-葡萄糖瓊脂培養(yǎng)基擴(kuò)培. 3種菌株懸液的制備方法如下： 用少量無菌生理鹽水清洗已擴(kuò)培的單一菌株(或孢子), 倒入裝有無菌生理鹽水的錐形瓶中, 28 ℃搖瓶培養(yǎng)30 min制成單一菌株懸液. 用稀釋平板法計(jì)算B.megaterium和S.griseus的菌落數(shù)分別為5.9×106,6.0×109個(gè)/mL, 用血球計(jì)數(shù)板計(jì)數(shù)A.niger的孢子數(shù)量為68 個(gè)/mL. 將3種單一菌株懸液按不同排列組合及Ⅰ期培養(yǎng)菌株→Ⅱ期培養(yǎng)菌株→Ⅲ期培養(yǎng)菌株方式可產(chǎn)生6種培養(yǎng)順序, 即A.niger→B.megaterium→S.griseus(ABS);A.niger→S.griseus→B.megaterium(ASB);B.megaterium→S.griseus→A.niger(BSA);B.megaterium→A.niger→S.griseus(BAS);S.griseus→B.megaterium→A.niger(SBA);S.griseus→A.niger→B.megaterium(SAB). 基于每種礦物的菌株培養(yǎng)順序均重復(fù)3次.

在無菌操作條件下, 先向滅菌后的培養(yǎng)料中接種單一菌株懸液(Ⅰ), 塞緊防菌棉塞， 用報(bào)紙包扎, 置于28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中培養(yǎng)15 d后, 取出樣品接種菌株懸液(Ⅱ), 重復(fù)上述過程, 再接種菌株懸液(Ⅲ)， 培養(yǎng)15 d后, 在28 ℃恒溫培養(yǎng)箱中繼續(xù)培養(yǎng)65 d, 共培養(yǎng)110 d. 菌懸液接種量以每100 mL錐形瓶中注入5 mL進(jìn)行, 待110 d培養(yǎng)結(jié)束后取樣, 迅速轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱(45 ℃, 48 h)中終止微生物活動(dòng), 研磨土樣并過0.01 mm篩, 將樣品保存于玻璃干燥器中, 用于腐殖質(zhì)組成分析.

1.3 測試方法

采用腐殖質(zhì)組成修改法對動(dòng)態(tài)收集、 培養(yǎng)后的土樣進(jìn)行分析, 過程如下： 稱取過0.01 mm篩的土樣5.00 g于100 mL塑料離心管中, 添加30 mL蒸餾水, 攪拌均勻后在恒溫水浴振蕩器中于70 ℃提取1 h, 在3 500 r/min離心15 min, 將上清液過濾至50 mL容量瓶中, 在帶有殘?jiān)碾x心管中加水20 mL, 攪拌均勻, 再離心, 合并上清液, 用蒸餾水定容, 該溶液即為水溶性物質(zhì)(water soluble substance, WSS). 將蒸餾水換為0.1 mol/L NaOH和0.1 mol/L Na2P2O7混合液對殘?jiān)M(jìn)行提取, 將收集的溶液定容至50 mL后即為可提取腐殖酸(humic-extracted acid, HE). 離心管中殘?jiān)?jīng)蒸餾水洗滌至洗液接近中性, 將其轉(zhuǎn)入鼓風(fēng)干燥箱于55 ℃烘干至恒質(zhì)量, 該沉淀即為胡敏素(humin, Hu).

取上述HE溶液30 mL, 用0.5 mol/L的H2SO4調(diào)至pH=1.3后, 置于70 ℃水浴鍋中保溫1.5 h, 靜置過夜, 過濾溶液， 定容至50 mL容量瓶中, 該溶液即為富里酸(fulvic acid, FA). 濾紙上的殘?jiān)扔?.05 mol/L H2SO4洗滌, 再用0.05 mol/L溫?zé)岬腘aOH將其溶解于50 mL容量瓶中, 定容, 該溶液即為胡敏酸(humic acid, HA)的堿溶液, 腐殖質(zhì)各組分有機(jī)碳質(zhì)量比分別用wC(WSS),wC(FA),wC(HA)和wC(Hu)表示, 采用K2Cr2O7氧化法測定, 用北京普析通用儀器有限責(zé)任公司生產(chǎn)的TU-1901型紫外可見分光光度計(jì)測定HA堿溶液在400,600 nm處的吸光值(E400和E600), 并計(jì)算其色調(diào)系數(shù)ΔlogK=logE400-logE600.

1.4 數(shù)據(jù)處理方法

采用EXCEL 2003和SPSS 18.0(PASW Statistics 18)軟件對數(shù)據(jù)進(jìn)行整理并分析差異顯著性.

2 結(jié)果與討論

2.1 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土wC(HA)/wC(FA)的影響

a,b,c表示添加不同礦物、 相同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性； A,B,C,D,E表示添加相同礦物、 不同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性.圖1 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土wC(HA)/wC(FA)的影響Fig.1 Effects of microbial culture sequences on wC(HA)/wC(FA) extracted from albic soils amended with different minerals

HA是帶有負(fù)電荷的膠體物質(zhì), 呈微酸性, 溶于堿, 是土壤HS中最活躍的組分, 對土壤肥力形成及表達(dá)較重要; FA是一類分子量小、 生理活性大、 氧化程度較高、 既溶于酸又溶于堿的HS組分, 對HA的積累和更新起關(guān)鍵作用, 并可促進(jìn)礦物分解和養(yǎng)分釋放[16]. 胡富比wC(HA)/wC(FA)用于表征C(HA)與C(FA)間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系, 該比值越大, 腐殖質(zhì)品質(zhì)越好. 圖1為菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土wC(HA)/wC(FA)的影響. 由圖1可見： 基于ABS,ASB和BAS的培養(yǎng)順序, K礦物添加使混有木質(zhì)素白漿土的wC(HA)/wC(FA)顯著高于M礦物; 在SBA和SAB的影響下, K礦物添加使白漿土的wC(HA)/wC(FA)顯著低于M礦物； 在BSA的影響下, K和M礦物添加白漿土的wC(HA)/wC(FA)差異不顯著, 但均顯著高于Sd處理. 當(dāng)以A.niger為Ⅰ期培養(yǎng)菌株, 或以B.megaterium為Ⅰ期培養(yǎng)菌株、A.niger為Ⅱ期培養(yǎng)菌株時(shí), K礦物對混有木質(zhì)素白漿土wC(HA)/wC(FA)的促進(jìn)作用大于M礦物, 從而提升腐殖質(zhì)品質(zhì). 這是由于K礦物有利于促進(jìn)土壤中細(xì)菌和放線菌的數(shù)量[17]所致. 當(dāng)真菌A.niger在初期培養(yǎng)后, K礦物并未促進(jìn)其數(shù)量增長, 使得A.niger在消耗完較易利用的碳源后, 自身活性減弱而以菌體的形式進(jìn)入土壤, 礦化作用被極大削弱, 之后接種的細(xì)菌和放線菌得到K礦物的促進(jìn)使其數(shù)量擴(kuò)增, 但因碳源的耗竭而使菌株不易獲取能量, 此時(shí)真菌A.niger的死亡菌體歷經(jīng)縮合, 使FA向HA轉(zhuǎn)化. 當(dāng)以B.megaterium為Ⅰ期培養(yǎng)菌株時(shí), 其數(shù)量得到擴(kuò)增, 僅消耗了部分碳源, 接種的真菌因有部分碳源可利用, 因此發(fā)揮了部分降解作用, 為之后縮合提供了較多的菌體物質(zhì), 從而提升了腐殖酸中HA的比例, 使wC(HA)/wC(FA)增加. 當(dāng)以S.griseus為Ⅰ期培養(yǎng)菌株時(shí), M礦物比K礦物更利于增加白漿土的wC(HA)/wC(FA), M礦物層間距較大,S.griseus易進(jìn)入層間而被固定, 使其活性降低, 菌體嵌入更易形成穩(wěn)定的有機(jī)碳成分, M礦物因具有較好的親和性, 通過配體交換使更多HA吸持在M礦物表面[18], 通過吸附80%以上的微生物可改變其代謝活性, 進(jìn)而影響微生物驅(qū)動(dòng)下的腐殖化進(jìn)程[19], 最終使白漿土的wC(HA)/wC(FA)獲得較大提升. 在B.megaterium→S.griseus→A.niger的培養(yǎng)順序下, 其菌體未經(jīng)縮合, 因此添加K礦物或M礦物對混有木質(zhì)素白漿土wC(HA)/wC(FA)差異的影響均較小, 但仍高于對照處理. 因此, 與SiO2相比, K礦物和M礦物具有促進(jìn)縮合、 使HA所占比例增加的作用. 在添加K礦物和M礦物后, 不同菌株培養(yǎng)順序下白漿土的wC(HA)/wC(FA)規(guī)律分別為： ASB≈BAS>ABS>BSA>SBA>SAB和SBA≈SAB>ABS≈BSA>BAS>ASB.可見, 在混有木質(zhì)素白漿土中添加K礦物,A.niger或B.megaterium為Ⅰ期培養(yǎng)菌株更利于增加白漿土的wC(HA)/wC(FA)； 當(dāng)添加礦物為M礦物時(shí), Ⅰ期培養(yǎng)菌株為S.griseus更利于C(FA)向C(HA)轉(zhuǎn)化.

2.2 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土HA的Δlog K影響

HA色調(diào)系數(shù)(ΔlogK)是考察HA分子結(jié)構(gòu)的定性指標(biāo), 其值越高, HA數(shù)均分子量越小, 分子結(jié)構(gòu)越簡單[20]. 圖2為菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土HA的ΔlogK影響. 由圖2可見: 基于ABS,ASB,SBA和SAB處理?xiàng)l件, 向混有木質(zhì)素白漿土中添加K礦物可使HA的ΔlogK顯著低于添加M礦物的值(KM; 基于BSA處理?xiàng)l件, 添加K和M礦物均未對HA的ΔlogK產(chǎn)生顯著影響, 但二者的ΔlogK均顯著高于Sd的處理結(jié)果. 可見, 當(dāng)以A.niger或S.griseus為Ⅰ期培養(yǎng)菌株時(shí), 與M礦物相比, K礦物更易使混有木質(zhì)素白漿土HA的分子結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜. 相對于B.megaterium,A.niger和S.griseus在降解木質(zhì)素的次生和初級(jí)代謝階段更有優(yōu)勢, 因此添加礦物為M礦物時(shí), M礦物的較大層間距、 比表面積和黏附性可為微生物提供更多活動(dòng)場所[21], 使其礦化分解作用占優(yōu)勢[22], 而K礦物層間距小, 僅通過表面吸附增加微生物與木質(zhì)素的接觸幾率, 促進(jìn)腐殖化進(jìn)程, 使白漿土HA分子結(jié)構(gòu)更復(fù)雜. 在以B.megaterium為Ⅰ期培養(yǎng)菌株時(shí)有兩種情況： 1) 當(dāng)以A.niger作為Ⅱ期培養(yǎng)菌株時(shí), M礦物更易促進(jìn)白漿土HA分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化,B.megaterium的初期培養(yǎng)可使木質(zhì)素發(fā)生改性, 添加M礦物可使其數(shù)量增加, 進(jìn)而增強(qiáng)其對木質(zhì)素的改性, 之后接種的A.niger被礦物固定并發(fā)揮較大程度降解[23], 最終由S.griseus對菌體進(jìn)行縮合, 使HA分子結(jié)構(gòu)更復(fù)雜； 2) 當(dāng)以S.griseus為Ⅱ期培養(yǎng)菌株時(shí), K礦物和M礦物對白漿土HA分子結(jié)構(gòu)的影響差異不顯著, 但與SiO2相比, K礦物和M礦物均有利于微生物降解HA, 使其分子結(jié)構(gòu)相對簡單.B.megaterium在Ⅰ期培養(yǎng)階段可使木質(zhì)素發(fā)生改性,S.griseus的降解能力較A.niger弱, 且A.niger菌體不與其他菌株縮合, 因此兩種礦物間無差異.

2.3 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土wC(Hu)的影響

Hu是與礦物質(zhì)緊密結(jié)合的HS, 是土壤中的惰性物質(zhì), 對于土壤結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、 養(yǎng)分保持、 碳截獲以及生物地球化學(xué)循環(huán)等均具有重要意義[16]. 圖3為菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土wC(Hu)的影響.

a,b,c表示添加不同礦物、 相同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性； A,B,C,D表示添加相同礦物、不同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性.圖2 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土HA的Δlog K影響Fig.2 Effects of microbial culture sequences on Δlog K value of HA extracted from albic soils amended with different minerals

a.b.c表示添加不同礦物、 相同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性； A,B,C,D表示添加相同礦物、不同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性.圖3 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土wC(Hu)的影響Fig.3 Effects of microbial culture sequences on wC(Hu) extracted from albic soils amended with different minerals

由圖3可見, 在添加K礦物條件下, 與Sd相比, 除SBA處理能使白漿土wC(Hu)與對照持平外, 其他5種菌株培養(yǎng)順序均有利于wC(Hu)的累積, 其中SAB的優(yōu)勢最大, 使wC(Hu)增加119.1%. 當(dāng)K礦物參與微生物對木質(zhì)素降解時(shí), 除S.griseus→B.megaterium→A.niger外, 其他菌株培養(yǎng)順序均有利于木質(zhì)素降解成分與K礦物的結(jié)合, 形成更多的Hu組分. 當(dāng)M礦物參與微生物對木質(zhì)素降解時(shí), 與Sd相比, 除ASB處理可顯著增加wC(Hu)外, ABS,BAS和SAB的培養(yǎng)順序均未對wC(Hu)產(chǎn)生顯著影響, BSA和SBA處理使wC(Hu)分別降低38.9%和50.0%. 當(dāng)以A.niger為Ⅲ期培養(yǎng)菌株時(shí),B.megaterium與S.griseus的培養(yǎng)順序不影響對白漿土C(Hu)的礦化分解, 這是因?yàn)镾.griseus和B.megaterium在培養(yǎng)Ⅰ、 Ⅱ期已對木質(zhì)素進(jìn)行改性, 失活的菌體又會(huì)給A.niger的降解作用提供能源, 因此可增加A.niger對C(Hu)的礦化作用.

2.4 不同菌株培養(yǎng)順序?qū)煊心举|(zhì)素白漿土TOC,wC(WSS),wC(HE)的影響

表1列出了在不同礦物添加條件下, 菌株培養(yǎng)順序?qū)煊心举|(zhì)素白漿土TOC,wC(WSS)和wC(HE)的影響. 由表1可見: 基于BAS和SAB的培養(yǎng)順序, 添加M礦物使混有木質(zhì)素白漿土TOC的礦化程度大于K礦物, 在其他4種培養(yǎng)順序下, K與M礦物對TOC的影響差異不顯著; 當(dāng)添加礦物為K或M時(shí), SAB的培養(yǎng)順序均使TOC積累量在供試6種菌株培養(yǎng)順序中最大; 在BAS和SAB兩種培養(yǎng)順序下, M礦物對Ⅱ期培養(yǎng)菌株為A.niger的白漿土TOC的礦化有較好促進(jìn)作用, 即通過提供微生物活動(dòng)場所， 擴(kuò)增其數(shù)量, 進(jìn)而增強(qiáng)白漿土TOC的礦化； 在其他4種菌株培養(yǎng)順序下, 添加K和M礦物并未對礦化作用產(chǎn)生差異影響；S.griseus→A.niger→B.megaterium對白漿土TOC的礦化能力最弱.

表1 菌株培養(yǎng)順序?qū)μ砑硬煌V物中混有木質(zhì)素白漿土TOC,wC(WSS)，wC(HE)的影響*

*a,b,c表示相同菌株培養(yǎng)順序、 不同礦物在p<0.05水平上的差異顯著性； A,B,C,D表示相同礦物、 不同菌株培養(yǎng)順序在p<0.05水平上的差異顯著性.

基于ASB,BSA,BAS和SBA的培養(yǎng)順序, 添加K礦物使得白漿土的wC(WSS)顯著高于M礦物, 在SAB影響下, 結(jié)果相反, 在ABS影響下, 兩種礦物之間差異不顯著. 在S.griseus→A.niger→B.megaterium培養(yǎng)順序下, K礦物比M礦物更易促進(jìn)微生物對白漿土C(WSS)的消耗, 在A.niger→B.megaterium→S.griseus影響下, 添加K礦物和M礦物未對C(WSS)產(chǎn)生差異影響, 在其他4種培養(yǎng)順序下, M礦物更易促進(jìn)微生物對白漿土C(WSS)的消耗. 黏土礦物與可溶性有機(jī)物作用將改變礦物表面特性和反應(yīng)活性[18], M礦物可優(yōu)先吸附天然有機(jī)質(zhì)的小分子部分[24], 使C(WSS)及微生物在M礦物顆粒表面接觸的幾率增加, 增大微生物對C(WSS)的消耗. 此外, 與對照相比, 添加M和K礦物均可使ABS和SBA兩種培養(yǎng)順序下白漿土的C(WSS)增多, ASB和BSA的培養(yǎng)順序更有利于微生物對C(WSS)的消耗. 在K礦物影響下, ASB在6種菌株培養(yǎng)順序中對白漿土C(WSS)的促進(jìn)作用最大(9.7 g/kg), 在M礦物影響下, ABS更利于白漿土C(WSS)的積蓄.

在ABS和BAS培養(yǎng)順序下, K礦物可使白漿土的wC(HE)高于M礦物, 在ASB影響下, 結(jié)果相反, 在其他3種培養(yǎng)順序下, K與M礦物之間差異不顯著. 與對照相比, 在6種培養(yǎng)順序下, 添加K和M礦物均有利于混有木質(zhì)素白漿土C(HE)的消耗. 由于C(HE)的兩個(gè)組分C(FA)和C(HA)無法全部進(jìn)入M礦物土層間[25], 因此被微生物降解. 在A.niger→S.griseus→B.megaterium影響下, 培養(yǎng)前期缺乏B.megaterium對木質(zhì)素的改性,A.niger的降解作用受限, 由于M礦物層間吸納了接種的S.griseus和B.megaterium, 因此更利于C(HE)的合成. 在6種菌株培養(yǎng)順序下, 與SiO2相比, 添加K和M礦物均有利于微生物對混有木質(zhì)素白漿土C(HE)的消耗. 木質(zhì)素的分解產(chǎn)物(脂類、 酚類和醌類化合物)可與氨基酸等物質(zhì)發(fā)生聚合而形成HS, 在聚合期間, K和M礦物表面吸附的鐵、 鋁氧化物可促進(jìn)木質(zhì)素的氧化降解, 因此, 比SiO2更易促進(jìn)C(HE)的分解消耗.

3 結(jié) 論

1) 當(dāng)以A.niger為Ⅰ期培養(yǎng)菌株, 或以B.megaterium為Ⅰ期培養(yǎng)菌株、A.niger為Ⅱ期培養(yǎng)菌株時(shí), K礦物對混有木質(zhì)素白漿土wC(HA)/wC(FA)的促進(jìn)作用大于M礦物, M礦物更利于HA分子結(jié)構(gòu)的復(fù)雜化; 當(dāng)以S.griseus為Ⅰ期培養(yǎng)菌株時(shí), M礦物比K礦物更利于增加白漿土的wC(HA)/wC(FA). 在B.megaterium→S.griseus→A.niger培養(yǎng)順序下, 與SiO2相比, 兩類礦物均有利于wC(HA)/wC(FA)的增加, 使HA分子結(jié)構(gòu)趨于簡單, 但兩類礦物間差異不顯著.

2) 除S.griseus→B.megaterium→A.niger外, 在其他5種接種順序下, K礦物更利于木質(zhì)素降解成分與其結(jié)合, 形成更大數(shù)量的C(Hu).

3) 與K礦物相比, M礦物對Ⅱ期培養(yǎng)菌株為A.niger的白漿土TOC的礦化有較好促進(jìn)作用.S.griseus→A.niger→B.megaterium培養(yǎng)順序?qū)Π诐{土TOC的礦化能力最弱, 且K礦物比M礦物更易促進(jìn)微生物對白漿土C(WSS)的消耗. 在A.niger→B.megaterium→S.griseus培養(yǎng)順序下, K礦物和M礦物未對C(WSS)產(chǎn)生差異影響, 在其他4種培養(yǎng)順序下, M礦物比K礦物更易促進(jìn)微生物對白漿土C(WSS)的消耗.

4) 基于A.niger→B.megaterium→S.griseus和B.megaterium→A.niger→S.griseus培養(yǎng)順序, K礦物比M礦物更易促進(jìn)C(HE)的形成. 在6種菌株培養(yǎng)順序下, 與SiO2相比, 添加K礦物和M礦物均有利于微生物對混有木質(zhì)素白漿土C(HE)的消耗.

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