硫酸亞鐵在不同類型土壤中對土壤微生物群落影響的具體機制研究

硫酸亞鐵作為一種常見的化學物質，在土壤修復及改良等方面具有重要應用，其對不同類型土壤中微生物群落的影響機制是當前研究的重要課題。以下將從不同土壤類型出發，詳細闡述硫酸亞鐵對土壤微生物群落影響的具體機制。

在污染土壤中的作用機制

• 六價鉻污染土壤：在六價鉻污染土壤中，機械化學還原法結合硫酸亞鐵可有效降低六價鉻的浸出濃度。添加七水合硫酸亞鐵作為還原劑時，六價鉻浸出濃度由 115 mg?L?¹ 降至 0.16 mg?L?¹ 。這一過程不僅改變了土壤中鉻的化學形態，還間接影響了微生物群落。因為六價鉻對微生物具有毒性，其濃度降低使得微生物生存環境改善。六價鉻向三價鉻的轉化，改變了土壤的氧化還原電位，一些適應還原環境的微生物得以生長，從而改變了微生物群落結構。
• 鎘和砷污染的水稻土：對于鎘（Cd）和砷（As）污染的水稻土，施加硫酸亞鐵（FeSO? ）會導致可提取的 Cd 和特定吸附的 As 含量降低。同時，與對照相比，Shannon 指數增加，Simpson 多樣性指數降低。這表明硫酸亞鐵改變了土壤中重金屬的生物有效性，影響了微生物的生存壓力，進而影響群落多樣性。此外，硫酸亞鐵促進了鐵膜的形成，減少了 Cd 和 As 從根部到地上部分及籽粒的轉運，這一過程也可能影響根際微生物群落，因為鐵膜的形成改變了根際微環境，如氧化還原狀態和養分有效性，進而影響微生物的種類和數量。
• 釩污染的礦區土壤：在釩（V）污染的礦區土壤中，硫酸亞鐵改性的污泥生物炭能顯著改變釩的形態和生物有效性。水提取態、酸溶性（F1）和五價態的 V 在土壤中分別降低高達 99%、95% 和 55%，而可還原態（F2）和可氧化態（F3）分別增加高達 45% 和 76%。這一變化是由于生物炭導致土壤 pH 降低、鐵濃度升高引起的吸附和沉淀、有機質含量增加導致的還原和絡合以及變形菌門的微生物還原等綜合作用。這些變化影響了土壤微生物的生存環境，改變了微生物群落結構，例如變形菌門在釩的微生物還原過程中發揮作用，其相對豐度可能發生改變。

在堆肥相關土壤中的作用機制

• 雞糞堆肥：在雞糞堆肥過程中添加硫酸亞鐵，影響了高溫期的真菌群落結構。它提高了真菌群落的多樣性，富集了多數與木質纖維素降解相關的優勢真菌。這是因為硫酸亞鐵可能為某些真菌提供了鐵營養，促進其生長繁殖，同時改變了堆肥微環境的氧化還原電位和酸堿度，有利于木質纖維素降解真菌的生長。這些真菌的變化進一步影響了堆肥的腐殖化進程，而堆肥性質的改變又會對后續施用于土壤時土壤微生物群落產生影響。
• 牛糞秸稈堆肥：向牛糞和玉米秸稈混合材料中添加 5% 硫酸亞鐵，降低了堆肥的 pH 值。高通量測序結果表明，添加硫酸亞鐵降低了細菌物種的豐富度和種群多樣性。在高溫期前期，硫酸亞鐵抑制了放線菌門，使厚壁菌門成為最優勢種群（相對豐度 53.5%）。這可能是因為硫酸亞鐵導致的酸性環境更適合厚壁菌門生長，而抑制了放線菌門。硫酸亞鐵增加了高溫期芽孢桿菌屬（Bacillus）的豐度，表明該屬對酸性環境耐受性強。不同的微生物種群變化影響了堆肥中木質纖維素的降解過程，進而影響堆肥質量和后續對土壤微生物群落的影響。

在其他類型土壤中的作用機制

• 淹水水稻土（用于濕地植物研究）：在淹水的水稻土中研究硫酸亞鐵（100 和 500 mg/kg）和硝酸鉛（0, 100, 500 和 1000 mg/kg）對濕地植物（寬葉香蒲，Typha latifolia L.）根際微生物群落的影響時發現，隨著鉛添加量的增加，根上鐵膜量和吸附在鐵膜上的磷量減少。當鐵鉛比為 1:1 時，植物對磷的利用最大。根際土壤中磷脂脂肪酸（PLFAs）總量比非根際土壤高 23% - 59%，革蘭氏陰性菌、好氧菌和甲烷氧化菌的相對豐度在根際土壤中也更高。這表明硫酸亞鐵通過影響鐵膜形成和磷的吸附利用，改變了根際微環境，進而影響了微生物群落結構。
• 垃圾填埋場污染土壤：在垃圾填埋場污染土壤中，施加硫酸亞鐵顯著增強了污染土壤中的微生物活性。土壤 pH 隨著硫酸亞鐵的施用呈現下降趨勢，例如在 15 天后，0 和 80 mmol kg?¹ 硫（以硫酸亞鐵形式）處理的土壤 pH 從 8.12 降至 7.38；25 天后，從 8.56 降至 7.78 。硫酸亞鐵的施用雖然使芥菜對重金屬的吸收和干物質產量有所變化，但顯著增加了土壤中銅（Cu）、鋅（Zn）和錳（Mn）的溶解度。這可能是因為硫酸亞鐵降低土壤 pH，使這些重金屬的溶解度增加，為微生物提供了更多可利用的養分，從而增強了微生物活性，改變了微生物群落結構。