大肠杆菌在铁铝氧化物和可变电荷土壤胶体表面的粘附及其对界面电化学性质影响

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微生物和土壤固相都属于带电颗粒,两者的相互作用对微生物的活性及土壤中的物理化学反应,如微生物的迁移、矿物的风化、有机物质的分解、团聚体的形成及污染物的吸附与降解等产生影响。研究细菌与土壤固相相互作用的表面机理具有重要的理论和实际意义。本文选取铁铝氧化物(α-Fe2O3、γ-Al2O3、无定形铁和无定形铝)和可变电荷土壤胶体(红壤和砖红壤)作为实验材料,运用粘附实验、zeta电位、表面电荷和红外光谱等手段研究了大肠杆菌在它们表面的粘附及其对表面电化学性质和养分离子(K+和NH4+)吸附的影响。主要研究结果如下:  (1)大肠杆菌在铁铝氧化物表面的粘附反应可以用Langmuir方程拟合。大肠杆菌的粘附量随体系pH和温度升高呈下降趋势,而随离子强度升高,呈现先增大后减小的趋势,说明静电作用在大肠杆菌与铁铝氧化物的作用中起一定作用。电位滴定和表面基团的量与粘附量的关系也说明静电力在粘附中起作用。由于铝氧化物表面所带正电荷大于铁氧化物,因此,前者对大肠杆菌的粘附量大于后者。红外光谱数据表明:大肠杆菌与铁铝氧化物的相互作用过程中伴随着化学键的形成。  (2)三种可变电荷土壤胶体对大肠杆菌表现出不同的粘附量,主要是由于它们矿物组成和表面电荷性质的不同造成的。广西红壤和砖红壤含较高的游离氧化铁和游离氧化铝和较低的CEC,使它们与大肠杆菌之间的斥力较小,因此对大肠杆菌的粘附量高于江西红壤。广西红壤较高的针铁矿含量导致其对大肠杆菌的粘附量高于砖红壤。随pH升高,可变电荷土壤胶体表面负电荷数量增加,与大肠杆菌之间的静电排斥增加,导致可变电荷土壤胶体对大肠杆菌的粘附量下降。可变电荷土壤胶体对大肠杆菌的粘附量与它们之间的能障达到显著负相关说明由传统DLVO理论所阐述的相互作用力在大肠杆菌粘附中起一定的作用。  (3)大肠杆菌的粘附使铁铝氧化物和可变电荷土壤胶体的zeta电位-pH曲线向负值方向移动,说明大肠杆菌的粘附降低了它们表面所带的正电荷数量。由于铁铝氧化物和可变电荷土壤胶体表面原有电荷数量不同,大肠杆菌对它们表面性质的影响也存在差异,并随着体系pH值的变化而变化。表面正电荷数量的减少和负电荷数量的增加促进了可变电荷土壤胶体对K+和NH4+的吸附。因此大肠杆菌与可变电荷土壤胶体的相互作用将有助于提高可变电荷土壤的CEC,改善这类土壤的肥力状况。
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