土壤-地下水环境微生物群落对铬迁移转化的影响机制和模型研究

Cr is a common redox sensitive metal contaminant in the soil and groundwater. The soil-groundwater ecosystem plays an important role on immobilization, retardation, and detoxification of Cr. Such role is significantly influenced by the biogeochemical cycling of O, C, N, Fe, Mn, and S driven by microbial activity. Understanding the influence of microbial activity on element cycling and reactive transport of Cr is the key to reveal the role of soil-groundwater ecosystem. This proposed study is to investigate the coupled element cycling and reactive transport of Cr; to reveal how the coupled biogeochemical processes affect the microbial community structure and its functional potential, which in turn regulates the pathways and rates of the biogeochemical processes; and to establish a reactive transport model that integrates the dynamic role of microbial community. The integrated model is able to simulate reactive transport of Cr in the soil and groundwater. This study can be used as an example to illustrate the role of the soil-groundwater ecosystem on migration and transformation of redox sensitive contaminants. Such role is important for risk assessment of soil and groundwater contaminants and development of in-situ remediation technologies.

铬是土壤和地下水中重点防控的重金属污染物。土壤-地下水生态系统对铬具有阻滞并降低其毒性的功能，这种功能与微生物驱动的氧、碳、氮、铁、锰、硫等关键元素的生物地球化学过程显著相关，因而研究这一多元素过程并揭示微生物群落在其中的作用是理解土壤-地下水生态系统对铬阻滞和转化功能的关键。本项目通过实验与数值模拟相结合的方法，探明关键元素循环对铬迁移转化过程的影响机制，揭示微生物群落结构和功能对铬和关键元素生物地球化学过程的响应、反馈、调控机制，并进一步建立耦合了微生物群落功能的反应-运移模型，模拟铬在土壤和地下水中的迁移转化行为。该模型具有示范作用，可展示土壤-地下水生态系统对氧化-还原敏感污染物的转化功能，为污染物诊断和风险评价提供量化工具，为土壤和地下水原位修复提供理论支撑。

铬是土壤和地下水中重点防控的重金属污染物。土壤-地下水生态系统对铬具有阻滞并降低其毒性的功能，这种功能与微生物驱动的氧、碳、氮、铁、锰、硫等关键元素的生物地球化学过程显著相关，因而研究这一多元素过程并揭示微生物群落在其中的作用是理解土壤-地下水生态系统对铬阻滞和转化功能的关键。本项目选择广西岩溶区进行农田土壤铬分布规律调查，发现农田土壤铬的分布与铁分布具有显著的相关性，同时受当地水文条件控制。通过室内实验，探明了氮、铁、锰、碳等关键元素循环影响铬迁移转化过程的影响机制，解释了微生物群落结构和功能对铬和关键元素生物地球化学过程的响应、反馈、调控机制，并进一步建立耦合了微生物群落功能的反应-运移模型，模拟铬在土壤和地下水中的迁移转化行为。该模型具有示范作用，可展示土壤-地下水生态系统对氧化-还原敏感污染物的转化功能，为污染物诊断和风险评价提供量化工具，为土壤和地下水原位修复提供理论支撑。