离子强度与水分饱和度对大肠杆菌在多孔介质中迁移和分布的耦合影响

作     者：康佳 杨立琼 石亚楠 庄杰 KANG Jia;YANG Li-qiong;SHI Ya-nan;ZHUANG Jie

作者机构：中国科学院沈阳应用生态研究所沈阳110016 中国科学院大学北京100049 

出 版 物：《生态学杂志》 (Chinese Journal of Ecology)

年 卷 期：2020年第39卷第2期

页      面：549-558页

核心收录：

学科分类：0830[工学-环境科学与工程（可授工学、理学、农学学位）] 083001[工学-环境科学] 08[工学] 

基　　金：国家自然科学基金项目(41730858)资助. 

主　　题：大肠杆菌T7 离子强度 水分饱和度 迁移和分布 

摘      要：离子强度和水分饱和度对微生物在多孔介质中的迁移、滞留等环境行为有重要影响。本试验以自发光大肠杆菌T7为目标微生物,通过柱迁移实验和实时成像技术探究了离子强度(2、50、100 m M)和土壤水分饱和度(85%、100%)对大肠杆菌T7在石英砂中迁移和分布特征的影响。同离子强度下,大肠杆菌T7在饱和(水分饱和度100%)条件下的迁移能力强于非饱和(水分饱和度85%)条件。离子强度100 m M时,大肠杆菌T7在饱和柱中出流百分比Meff为34%,非饱和柱中为8%。一维对流扩散模型拟合结果与迁移实验结果相符,100 m M时非饱和条件下的一级吸附速率katt是饱和条件下的8.7倍。DLVO作用能和毛管力作用能计算结果分析表明,大肠杆菌T7在非饱和条件下迁移能力下降的主要原因是毛管力作用下的气-液界面附着。饱和条件下,提高离子强度会促进大肠杆菌T7的滞留。离子强度从2 m M提高至100 m M时,大肠杆菌T7在饱和柱内的滞留百分比Mres从47%增加至58%,其主要原因是双电层静电斥力减小以及大肠杆菌T7平均半径增加。非饱和条件下,提高离子强度也会促进大肠杆菌T7的滞留,且促进程度强于饱和条件。离子强度从2 m M提高至100 m M时,大肠杆菌T7在非饱和柱内的Mres从46%增加至84%,增幅是饱和柱的3.5倍,其主要原因是静电斥力减弱以及毛管力增强。实时成像结果显示,饱和柱中大肠杆菌T7在入口处滞留量较高,提高离子强度会促进入口处滞留。随着时间延长,滞留曲线随深度呈指数递减分布。非饱和条件下,大肠杆菌滞留曲线出现非单调分布,减小离子强度使滞留最大值向出口处移动。