高砷含水层参与腐殖酸-铁矿物转化的关键微生物群落及其对砷迁移转化的影响

作者：田雪歌; 宋腾龙; 罗然; 吴泽宇; 王艳红^*

来源：微生物学报, 2023, 63(06): 2136-2152.

DOI：10.13343/j.cnki.wsxb.20230255

• 高砷地下水
• 溶解性有机质
• 腐殖酸
• 含砷水铁矿
• 微生物群落

【目的】探究不同腐殖酸浓度下参与含砷水铁矿转化的微生物类群组成和丰度变化及对砷释放的影响，预测原位高砷含水层中功能微生物群参与有机质—含砷铁矿物转化过程对砷转化释放的作用。【方法】对河套平原高砷地下水和同深度高砷沉积物中的铁还原功能群落进行富集培养，构建室内厌氧微宇宙体系，将富集菌群分别加入到实验室条件下合成的不同浓度腐殖酸(0、1.5、7、14 mg C/L)-含砷水铁矿体系中，通过体系中砷、铁形态及浓度的变化分析，结合高通量测序技术、X-射线衍射(X-ray diffractometer, XRD)，探究不同条件下砷的释放固定和群落的演替。【结果】高砷地下水组(G组)和沉积物组(S组)富集得到的铁还原功能群落具有明显差异，G组中以Aeromonadaceae为特殊优势菌群，而S组中以Shewanellaceae为特殊优势菌群。微宇宙实验结果显示，S组的铁还原量相对较高且速率较快；G组与S组中液相砷形态存在明显差异，整个培养期内G组均以As(Ⅴ)为主，而S组中前期以As(Ⅴ)为主，当反应到达20 d时液相As(Ⅲ)高达3.4μmol/L，推测此时具有砷还原功能的群落占优势地位。当反应达到45 d时，G组和S组中液相砷在添加腐殖酸下均呈现不同程度的固定。不同腐殖酸浓度影响下砷的释放量不同，G组中砷释放量与腐殖酸浓度相一致，而S组中在腐殖酸浓度为7 mg C/L条件下砷释放量最低。X-射线衍射结果显示，S组铁矿物整体转化程度较高，但S组和G组均以针铁矿为主。冗余分析(redundancy analysis, RDA)结果显示，反应前后群落组成和相对丰度发生较大变化，砷添加和腐殖酸添加对群落组成变化具有显著影响。G组向苜蓿科(Comamonadaceae)、脱硫杆菌科(Desulfobacteraceae)、伯克氏菌科(Burkholderiaceae)等菌群变化，而S组中向优势群落Comamonadaceae、假单胞菌科(Pseudomonadaceae)、Burkholderiaceae等转变。【结论】在不同浓度腐殖酸-含砷水铁矿体系中，高砷含水层关键微生物类群的组成和相对丰度会发生不同演替，从而对砷的迁移转化造成不同影响。

• 单位
  生物地质与环境地质国家重点实验室; 中国地质大学（武汉）