江汉平原地下水系统中砷迁移转化的微生物地球化学作用研究

Science 2005, arsenicpoisoning patients have been found continually in Jianghan Plain, Hubei Province, China. There were high arsenic distributions in the groundwater of this area. Microbes and biogeochemical activities may play an important role in arsenic releasing in the groundwater. The microbe diversities, characters, and the relationship involving arsenic migration and transformation were not clear in Jianghan Plain(distinguished with Datong Basin and Hetao Plain). Therefore, it is critical to carry out this study. .On the basis of investigation of hydrogeology background, collecting the field samples, indoor analyzing and the previous studies, by analyzing the biomarker and hydrochemical characteristics and sulfur isotope of the arsenic contaminated aquifers, and studying the effect of microbe activities on arsenic migration and transformation, the objectives of this work are as follows: (1) to know well the evidence of microbe and biogeochemical involving the enrichment of arsenic in groundwater; (2) to find out the microbial community distributions, and to collect the sediment samples and then to cultivate, select and indentify some bacteria relatively high resistances to As(III) using these samples; (3) to expound the effect of microbe activities on arsenic migration and transformation in the groundwater systems; (4) to interpret the micro biogeochemical processes in the groundwater systems of Jianghan Plain, Hubei Province, China..From this study, it is expected the better known of the effect of micro biogeochemical processes on arsenic migration and transformation in the originally high arsenic, shallow pore groundwater systems of alluvial plain with damp and subtropical climate in central China.

2005年以来，江汉平原陆续发现砷中毒病例，该区域存在高砷地下水分布。微生物地球化学作用会影响地下水中砷迁移转化，但对应于江汉平原（不同于山西大同盆地、内蒙古河套平原）特定的微生物种类、特征及与砷迁移转化的关系尚不清楚，所以本课题的研究尤为重要。.本项目拟在进行水文地质背景调查、野外采样、室内实验、测试分析，并结合对已有资料数据分析整理的基础上，通过对沉积物中生物标志物、地下水中硫同位素及砷迁移转化的微生物地球化学作用的研究，将（1）掌握江汉平原高砷地下水形成的微生物地球化学作用新证据；（2）了解沉积物中微生物群落分布，筛选出对砷具有强耐受性的菌株；（3）阐明微生物对含水层系统中砷迁移转化的影响机制，揭示研究区高砷地下水形成的微观生物地球化学过程。.项目的实施，将增进对我国中部、湿润、亚热带气候、冲积层平原地区浅层孔隙原生高砷地下水系统中砷迁移转化的的微生物地球化学作用的理解。

本研究将地球化学分析与微生物分子生态学手段相结合，研究了江汉平原高砷地下水分布区域。通过研究地球化学特征，分析了高砷地下水的富集机理；通过研究高砷地下水沉积物中微生物多样性及其群落结构特征，探索了该高砷地下水中的功能微生物与砷的相互作用情况。研究主要结果如下：.（1）江汉平原高砷地下水中的地球化学特征。.在该地区采集地下水样品共60个，分析了高砷地下水样品中水化学环境（pH值、Eh值、TDS、HCO3－、Fe、Mn、SO42－、NO3－）与砷浓度之间的关系。水样中As质量浓度平均为0.106 mg/L；pH值在6.01~7.16之间，平均值为6.56，明显偏酸性；Eh值为13.6~75.3mV，平均为44.2 mV，呈弱氧化性；水样中TOC质量浓度为2.35~5.32mg/L，平均为3.29mg/L，溶解性有机物通过影响微生物对该地区地下水系统中砷的迁移转化有着很重要的作用。.（2）高砷地下水系统中耐砷菌的分离鉴定以及与砷的作用.本次研究从高砷地下水沉积物样品中通过富集培养分离了13株土著耐砷菌,10株属于芽孢杆菌属，1株微小杆菌属，2株不动细菌属。研究了两株不同耐受性耐砷菌的生长曲线、营养类型与氧化还原特性，进而对他们对砷的耐受性进行了详细的研究。.（3）含砷沉积物的微生物群落分布：从4个沉积物样品中提取总DNA，经过提取、扩增、连接、培养、检测最终构建了16S rDNA基因文库并进行了分析，构建了对，得知在四个样品中分别获得了11、10、11、10个OTU，其中只有一个种属的OTU分别为5、5、6、4个，通过计算得出四个文库中的Coverage都在90%左右。充分展示了含砷土壤的细菌多样性。