水稻土中外源磷形态转化机制及其对五氯酚的还原转化影响研究

Phosphorus is one of the most important nutrients. The study of its species transformation and bioavailability has been the hot topic in scientific research. Recent reports show that the processes of phosphorus species transformation is closely related to the Fe(III) reduction process, but the mechanism is still not clear and the process is still under controversy. The core of this project is P/Fe interaction process and the main content is to study the chemistry and biochemistry mechanism of phosphorus species transformation/iron reduction interaction and its effect on the reductive transformation of pentachlorophenol. The roles and functions of Fe(II) and soil microorganism such as dissimilatory iron reduction bacteria in phosphorus species transformation and the process of reductive transformation of pentachlorophenol will be clarified. This project can enrich the study of bioavailability of phosphorus and iron cycle, which also can provide important reference to study the multi-component interactions in soil interface.

磷作为重要的营养元素之一，其形态转变及有效性的研究是近年来土壤学研究的热点之一。研究证明土壤磷形态转变与土壤中铁还原过程密切相关，但其作用机制尚不清楚。本项目主要研究以土壤中磷/铁相互作用过程为核心，研究磷形态转化/铁还原相互作用的化学及生物化学影响机制及其对五氯酚还原转化的影响机制，阐明土壤多相体系中Fe(II)物质、铁还原菌等微生物在磷形态转化及五氯酚还原转化过程中的角色与功能。可丰富水稻土中磷的有效性及铁循环的研究，对于研究土壤界面多组分相互作用提供重要参考。

1)自然环境下多因素作用下磷形态转化的生物化学机制解析：采集湖北咸宁市区域典型水稻土土壤，测试样品理化性质、生物学种类等指标并进行统计学分析。结果发现咸宁市土壤有效磷所占百分比只有1.36%到6.61%，土壤中的磷主要以残渣态磷和NaOH-P为主。土壤中多种微生物相互依存，存在相关关系。有效磷与土壤的pH值和CEC存在显著负相关（P＜0.05），与总铁和晶质铁分别成显著负相关和极显著负相关，而与无定形铁成显著正相关。有效磷百分比与微生物Euryarchaeota及Miscellaneous Crenarchaeotic Group成反比。逐步回归分析得出有效磷的百分比回归方程为：有效磷百分比=4.243+0.182有效P - 0.004全P + 42040.278Fusobacteria – 0.065全铁- 2931.609Spirochaetae， R2=0.879。.2)实验室条件下土壤体系中磷形态转化/铁还原相互作用的非生物机制：土壤灭菌条件下，外源磷加入后主要由活性较高的水溶态向活性较低的BD-P及NaOH-P转变；水溶态P的转化与游离铁含量成显著负相关，与无定形铁含量成极显著负相关；BD-P的转化主要与总Fe成显著正相关；NaOH-P则主要与无定形铁含量成极显著正相关，.3)实验室条件下土壤体系中磷形态转化/铁还原相互作用的生物化学机制：土壤不灭菌条件下，不同磷形态中水溶态P及NaOH-P变化最为明显，其它形态的P随时间变化不大；但不同的土壤其水溶态P下降和NaOH-P增加的趋势有所差异，主要受土壤铁还原速率的影响。.4)实验室条件下土壤微生物作用下磷形态转化/铁还原/五氯酚还原转化之间的生物化学作用机制：土壤不灭菌条件下，随着P浓度的增加，PCP的还原转化及铁还原过程先增加后降低，1mM P浓度下，反应30day，PCP完全转化，此时还原产生的总Fe(II)量为4.88mM；且该浓度下水溶态P及NaOH-P变化趋势最为明显，主要是与其铁还原过程密切相关。微生物群落结构分析发现，梭菌和P. veronii相对丰度变化和五氯酚转化、铁还原、磷形态转化过程的相似性表明，梭菌和P. veronii是体系的关键微生物。.