本文選題：蛭石 + 蒙脫石　； 參考：《南京農(nóng)業(yè)大學(xué)》2015年博士論文

【摘要】：粘土礦物的轉(zhuǎn)變過程總體上反映了土壤的形成過程。因此,對粘土礦物的風化過程及風化產(chǎn)物開展系統(tǒng)的研究,有助于深刻理解土壤的形成與演變、地球的生態(tài)系統(tǒng)演化及元素地球化學(xué)循環(huán)。研究表明,微生物不僅能夠促進礦物的風化,還能加快礦物的轉(zhuǎn)變,甚至形成新的礦物。但到目前為止,在礦物與微生物相互作用的研究中,研究者主要關(guān)注的是營養(yǎng)元素的釋放效果,缺乏對礦物轉(zhuǎn)變方向及風化機理等的綜合研究。本文選擇土壤中三種常見的2:1型粘土礦物—蛭石、蒙脫石、伊利石為礦物材料,以土壤中常見的類芽孢桿菌(Paenibacillus sp.)為微生物材料,通過一系列的粘土礦物-細菌相互作用實驗,研究了粘土礦物對類芽孢桿菌SB-6菌株的吸附作用及對其分泌物的影響,重點研究了SB-6菌株作用下粘土礦物結(jié)構(gòu)的變化及元素的溶出規(guī)律。本文試圖為闡明細菌作用下粘土礦物的風化機理提供科學(xué)依據(jù)。本文的主要研究結(jié)果包括五個方面:(1)類芽孢桿菌SB-6菌株可以加快粘土礦物的風化,主要表現(xiàn)在:粘土礦物-細菌作用后的溶液中主要陽離子濃度均明顯高于滅活菌對照實驗;隨著培養(yǎng)時間的延長,蛭石、蒙脫石的結(jié)晶度(V/P比值)呈現(xiàn)下降趨勢,伊利石的衍射峰強度比值(1001/1003)和開形指數(shù)(Ns)呈上升趨勢,這些均表明它們的結(jié)晶度有所降低;蒙脫石和伊利石在風化過程中還形成了新生礦物;對照實驗中無此現(xiàn)象。(2)礦物結(jié)構(gòu)的變化及新生礦物的形成表明,粘土礦物之間存在如下的演化方向:蒙脫石→伊利石→埃洛石。(3)計算結(jié)果表明,金云母/蛭石混層結(jié)構(gòu)中蛭石的比例沒有發(fā)生明顯變化。部分蒙脫石轉(zhuǎn)變?yōu)橐晾?在蒙脫石風化實驗的后期(第50d以后,此時pH值6),蒙脫石層間域釋放出的Ca~(2+)與細菌新陳代謝作用形成的碳酸根離子結(jié)合形成方解石。伊利石風化實驗的后期,風化產(chǎn)物中出現(xiàn)埃洛石和方解石。(4)細菌分泌的有機酸通過酸解和絡(luò)合作用促進元素從礦物的晶格和層間釋放出來。細菌分泌的胞外多糖對礦物的風化沒有明顯的促進作用,但可能在碳酸鹽礦物的形成過程中充當了成核模板。(5)粘土礦物對SB-6菌株生理特性的影響表現(xiàn)明顯。在不同礦物存在時,細菌代謝物種類及濃度等具有明顯差異。細菌的生理特性與礦物的種類有關(guān)。(6)在SB-6菌株的作用下,三種粘土礦物的風化強弱順序為蒙脫石伊利石蛭石。
[Abstract]:The transition process of clay minerals reflects the formation process of soil in general. Therefore, a systematic study of the weathering process and weathering products of clay minerals is helpful to understand the formation and evolution of soil, the evolution of the earth's ecosystem and the geochemical cycle of elements. The results show that microbes can not only promote the weathering of minerals, but also accelerate the transformation of minerals, and even form new minerals. But up to now, in the study of the interaction between minerals and microorganisms, the researchers mainly pay attention to the release effect of nutrient elements, and lack of comprehensive research on the direction of mineral transformation and weathering mechanism. Three common 2:1 clay minerals in soil, vermiculite, montmorillonite and Illite, were selected as mineral materials. The adsorption of clay minerals on Bacillus SB-6 strain and the effect of clay minerals on its secretion were studied by a series of experiments on the interaction between clay minerals and bacteria. The variation of clay mineral structure and the dissolution of elements under the action of SB-6 strain were studied. This paper attempts to provide a scientific basis for elucidating the weathering mechanism of clay minerals under the action of bacteria. The main results of this study include five aspects: Bacillus SB-6 can accelerate the weathering of clay minerals. The main results are as follows: the concentration of main cations in the solution after the action of clay minerals and bacteria is obviously higher than that in the control experiment of inactivated bacteria; With the increase of culture time, the crystallinity of vermiculite and montmorillonite (V / P) decreased, the diffraction peak intensity ratio of Illite (1001 / 1003) and the open shape index (Ns) increased, which indicated that the crystallinity of vermiculite and montmorillonite decreased. Montmorillonite and Illite also formed new minerals during weathering. The results show that the ratio of vermiculite to vermiculite in the mixed layer structure of phlogopite / vermiculite does not change obviously. Some of the montmorillonite was transformed into Illite, and at the later stage of the weathering experiment (after 50 days, when the pH value was 6?), the Ca~(2 released from the interlayer domain of montmorillonite combined with the carbonate ions formed by the metabolism of bacteria to form calcite. In the late stage of Illite weathering experiment, the organic acids secreted by the bacteria Eilorite and calcite. 4) the organic acids secreted by bacteria promoted the release of elements from the lattice and interlayer of minerals through acidolysis and complexation. Exopolysaccharide secreted by bacteria did not promote the weathering of minerals, but it may act as a nucleation template. 5) the effect of clay minerals on the physiological characteristics of SB-6 strains was obvious. In the presence of different minerals, the species and concentrations of bacterial metabolites were significantly different. Under the action of SB-6 strain, the weathering order of the three clay minerals was montmorillonite Illite vermiculite.
【學(xué)位授予單位】：南京農(nóng)業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：P512.1;Q93

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本文編號：1988508