海洋硫酸盐还原菌及其活动的经济重要性

文章论述了海洋硫酸盐还原菌的分类学、生态学、生化学和方法学等方面的一些问题。讨论了硫酸盐还原作用、微生物腐蚀作用及防腐措施。阐述了它们在海洋工程建设、水产养殖事业中的作用和地位。分析了我国这一领域的研究现状。指出了进一步开展这一工作的关键问题及深入研究海洋硫酸盐还原菌的必要性将越来越被人们所认识。     

南海东北部硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面——海底强烈甲烷渗溢的记录

南海东北部沉积物顶空气甲烷含量较高,海底存在明显的甲烷渗溢现象。该海域6个沉积物岩心的孔隙水硫酸盐浓度和顶空气甲烷含量随深度变化而变化,出现明显的硫酸盐-甲烷互相消耗区域,硫酸盐和甲烷浓度均急剧下降。HD109、HD170、HD196A、HD200、HD319和GC10等6个岩心的硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面(SMI)分别位于704、911、728、636、888、792cm处,完全落入全球水合物区富甲烷环境的SMI深度范围之内。强烈的甲烷渗溢过程使得硫酸盐-甲烷互相消耗作用加剧,并形成浅的SMI。浅的SMI显示了东北部存在强烈的甲烷渗溢活动以及强烈的甲烷厌氧氧化作用,具有天然气水合物成藏的典型特征。     

南海北部神狐海域现代沉积物中硫酸盐还原菌和硫氧化菌的检出:脂肪酸生物标志物的指示

对南海北部神狐海域Site 4B站位现代沉积物中脂肪酸组分进行了分离,主要讨论了支链脂肪酸和单不饱和脂肪酸的来源,认为i/a-C15∶0、i/a-C17∶0、16∶1ω5和18∶1ω9来自硫酸盐还原菌(SRB),而16∶1ω7t/c和18∶1ω7来自硫氧化菌(SOB)。沉积物中SRB和SOB分布形式可能和硫酸盐还原作用生成硫化物、硫化物又被氧化生成硫酸盐和元素硫、元素硫歧化作用生成硫化物和硫酸盐有关,并在整个硫循环系统中SRB起到主导作用;而在95~97cm层位剧增的SRB和SOB生物量与站位附近底辟构造活跃带来深部大量的营养流体有关。     

硫酸盐还原菌对海水状态和碳钢腐蚀行为的影响

采用溶液环境参数和电极电化学参数测量技术研究了海水中硫酸盐还原菌生长和衰亡过程对溶液状态和D36碳钢腐蚀过程的影响。结果表明,硫酸盐还原菌通过新陈代谢作用把溶液中的硫酸盐转化为硫离子而增大了氧化还原电位和酸度,并导致D36钢的腐蚀电位负移和腐蚀速度增加。极化曲线和电化学阻抗谱证实,虽然金属腐蚀过程在上述过程中并未发生机理性变化,但阳极过程和部分阴极过程的加速是腐蚀速度增加的主要原因。上述结果同时表明．硫酸盐还原菌本身和新陈代谢中间体并未直接参与腐蚀过程,主要是通过产生的硫离子改变溶液状态来加速腐蚀过程的。     

碳酸盐晶格硫研究进展

碳酸盐晶格硫(CAS)是古环境恢复的重要手段之一,它系指在碳酸盐成岩过程中微量的硫酸盐离子取代碳酸盐离子并保存在晶格中的硫酸盐。CAS对矿物沉淀发生时的海水硫酸根的氧、硫同位素组成、硫酸盐浓度和当时古环境的氧化还原状态都有很好的保存和记录作用,因此引发了对其持续关注,并开展了一系列卓有成效的研究。本文综述了CAS当前的研究进展,主要从前处理方法、影响因素、同位素组成和古环境恢复等重点问题来探讨CAS的成因和CAS对不同沉积环境的恢复应用,并展望了需要进一步研究的几点研究方向,希望借此能引起广大研究者的兴趣和重视。     

南海北部陆坡天然气水合物的沉积物孔隙水地球化学研究进展

孔隙水地球化学异常是天然气水合物勘探的重要工具之一,南海北部陆坡地区拥有良好的天然气水合物成藏潜力,孔隙水地球化学异常在南海的天然气水合物勘探中发挥了重要作用。其中与水合物直接相关的氯离子含量异常被用于识别神狐及东沙海域钻探区的水合物层和计算水合物饱和度。除直接指标外,浅表层沉积物中的硫酸盐含量及其他与早期成岩作用有关的地球化学异常作为间接指标可用于水合物的找矿预测,研究者们通过对硫酸盐还原过程的判别、硫酸盐甲烷接触界面的计算等方面对南海北部陆坡不同海域的沉积物甲烷通量进行了评估,预测出水合物可能的成藏区域。其他如碘含量、氧化还原敏感元素、氯同位素、地球化学模型等新的地球化学指标和计算机手段也被应用于南海北部陆坡区水合物成藏研究并取得了不错的成效。     

~(35)SO_4~(2-)示踪法测定九龙江河口沉积中硫酸盐还原速率

在2011年7月利用35SO2-4培养示踪法测定九龙江河口两个站位(A站位位于咸淡混合区,盐度3~5;B站位位于海相区,盐度20~25)沉积柱中硫酸盐还原速率的垂直分布。结果显示A站位沉积柱中硫酸盐还原速率变化范围为54~2 345nmol/(cm3·d),从表层到底部先增大后减小,最大值出现在20cm深度附近;B站位硫酸盐还原速率在24~987nmol/(cm3·d)之间,分别在10cm和78cm深度附近出现两个峰值,分别为876nmol/(cm3·d)和987nmol/(cm3·d)。综合分析两个站位孔隙水中SO2-4、甲烷浓度和沉积物中总有机碳、温度和氧化还原电位的垂直变化趋势与其硫酸盐还原速率的分布规律,表明A站位沉积物中硫酸盐还原以有机矿化为主;B站位受到有机质矿化和甲烷厌氧氧化的共同作用;两个站位硫酸盐还原速率及垂直分布趋势受孔隙水中SO2-4浓度、有机质活性和温度的共同影响;根据各个层位硫酸盐还原速率估算两个站位硫酸盐还原通量(以硫计)分别为527.9mmol/(m2·d)和357.1mmol/(m2·d),表明硫酸盐还原是九龙江河口有机质厌氧矿化的重要路径。     

海洋孔隙水的硫酸盐剖面在底层气体水合物甲烷通量中的指示

海洋孔隙水的硫酸盐剖面在底层气体水合物甲烷通量中的指示ＷａｌｔｅｒＳ．Ｂｏｒｏｗｓｋｉ等微生物硫酸盐的减少，微生物沼气的产量，和气体水合物的形成与深海、大陆边缘沉积物中出现的成岩作用紧密联系（Ｐａｕｌｌ等，１９９４）．气体水合物是由水和低分子量气体（...     

海水中磷酸盐在固体粒子上阴离子交换作用──海水中磷酸盐-固体粒子相互作用的V形交换率-pH曲线

于1990年2月在青岛鲁迅公园采得海水样品；1989年5月在南京采得伊利石样品，在苏州采得高岭石样品；1990年3月实验室合成针铁矿和δ－MnO2样品。用振荡平衡实验、离心分离方法和光度分析方法测定3种电解质溶液（NaCL溶液、NaCl－ChCl2～溶液和海水）中磷酸盐在上述4种固体粒子上的交换率一PH曲线。测定结果表明，海水中磷酸盐在固体粒子上的交换率-PH曲线为V形，并建立阴离子液一固界面作用的交换率-PH公式；半定量地讨论V形交换率-PH曲线的形成机理，酸性溶液中，海水中腐殖酸和硫酸盐与磷酸盐竞争固体粒子上的作用点位，降低磷酸盐的液一固界面作用；碱性溶液中磷酸盐通过钙（Ⅱ）与固体粒子形成三元表面络合物，钙（Ⅱ）促进磷酸盐的液一固界面作用。海水中的钙（Ⅱ）、腐殖酸和硫酸盐是影响磷酸盐液一固界面作用的主要组分，酸性溶液中腐殖酸和硫酸盐降低磷酸盐在固体粒子上的交换作用，碱性溶液中钙（Ⅱ）会增加磷酸盐在固体粒子上的交换作用。     

冷泉渗漏区海底微生物作用及生物标志化合物

在有冷泉活动和水合物产出的海底环境中,甲烷氧化古细菌和硫酸盐还原细菌十分发育,它们主导着海底天然气(主要是甲烷)的缺氧氧化作用,并在海底碳循环和生物种群繁衍中发挥着重要作用。海底天然气渗漏活动区的甲烷氧化古细菌使渗漏CH4缺氧氧化为HCO3-,硫酸盐还原细菌使SO42-转化为HS-,从而使细菌微生物获得生命所需的能量,生物种群得以发育和繁衍。甲烷氧化古细菌有ANME-1、ANME-2、ANME-3三个种群,形成相应的醚类异戊二烯类和类异戊二烯烃类生物标志物。硫酸盐还原细菌有Desulfosarcina和Desulfococcus两个主要的细菌群落,形成二烃基甘油二醚和脂肪酸生物标志化合物。这种天然气渗漏区内微生物活动产生的生物标志化合物都具有特别负的碳同位素组成,δ13C值为-41.1‰~-95.6‰,说明微生物群落在生命代谢过程中摄取了来自甲烷的碳,同时也反映了天然气渗漏系统缺氧带存在的古细菌和硫酸盐还原细菌活动。     

天然气水合物的上界面——硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面

定义了海域天然气水合物成矿带的上界面。指出在地球深部存在最原始的、从根本上不依靠光合作用来生存的生命系统。根据对ODP岩心样品中微生物数量的统计,海底以下沉积层中的生物数量可能占据全球原核生物总量的70%,其生物总碳量和地球表面所有植物的碳总量相当。地球内部如此巨大的生物总量应该在地壳中的气体分布等方面起着重要作用。甲烷在地壳层中广泛存在,并主要是微生物成因的。微生物产甲烷的途径主要有两个,一是二氧化碳还原,另一个是醋酸盐发酵。相应地,参与产甲烷的微生物菌群主要是产甲烷菌和食醋酸菌。甲烷在沉积层中的厌氧氧化是一个不争的事实。该过程发生在海底以下一个非常局限的区带,称为硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带。通常,这个区带很窄,仅为一个面,因此,硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化区带又称硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面。这是一个基本的生物地球化学界面,在功能上它起到屏蔽甲烷向海底和大气逸散的作用,是一个巨大的甲烷汇。甲烷的厌氧氧化同样是一个由微生物介导的过程,参与此过程的微生物主要是食甲烷古菌和硫酸盐还原菌。硫酸盐还原-甲烷厌氧氧化界面在海洋沉积层中一般深可达海底以下上百米,浅可至海底。此界面为天然气水合物的上界面,该界面以上没有甲烷...     

沉积物孔隙水地球化学异常:天然气水合物存在的指标

沉积物孔隙水氯度、氧同位素和硫酸盐浓度梯度是指示天然气水合物存在的指标之一，成功的实例 表明：孔隙水氯度明显降低，而δ^18OSMOW向深部升高，线性的，陡的硫酸盐梯度和浅的硫酸盐－甲烷界面（SMI），都是天然气水合物可能存在的标志。     

黄河三角洲浅层地下水化学特征与演化

2009年4月~2010年3月连续2年对黄河三角洲19口地下水监测井进行观测并对地下水离子化学成分分析,探讨了该区域浅层地下水化学成分、水化学类型及演化规律,为揭示区域地下水环境特征和演化具有现实意义。结果表明,黄河三角洲地区地下水p H值变化较小,地下水埋深较浅且年内变化幅度为1.0~3.0 m,但矿化度和各离子差异明显,地下水以Na+、Cl–占绝对优势;矿化度较低的测井的离子浓度变幅较小,反之,矿化度高的测井离子浓度变幅较大;地下水化学类型分为氯化物型、重碳酸盐氯化物型、重碳酸盐氯化物硫酸盐型和硫酸盐重碳酸盐型四大类型,主要包括Na+-Cl–、Na+-Cl–.3HCO?、Na+-Cl–.3HCO?、Na+-Cl–.3HCO?.24SO?、Na+-3HCO?.Cl–.24SO?和Na+-24SO?.3HCO?六种子类型,氯化物型主要分布于广饶县咸水入侵区和滨海区域,重碳酸盐氯化物型主要分布于黄河三角洲保护区内,重碳酸盐氯化物硫酸盐型分布在广饶县咸水入侵区,硫酸盐重碳酸盐型主要分布在靠近黄河流路附近;根据黄河三角洲流路变迁和Gibbs模型,黄河三角洲地区水样化学组成均落在Gibbs提出的Boomerang Envelope模型右上翼,表明研究区水样化学组成主要受蒸发和沉淀作用,海水控制起次要作用,土地利用变化、灌溉、施肥等人为活动的影响亦不能忽视。     

ODP201航次——东赤道太平洋和秘鲁边缘深埋藏沉积物中微生物群落的研究

ODP2 0 1航次将在秘鲁海盆及边缘区、东赤道太平洋一系列站位取心并回收深海沉积物。本航次的目的是探索深海沉积物中微生物群落埋藏的分布、活动性、群落结构、种系亲和性以及全球生物地球化学的规律。对于地下沉积环境的研究包括 3个方面 :( 1 )秘鲁沿岸硫酸盐还原作用、甲烷成因的硫酸盐亏损以及硫酸盐还原的甲烷营养区 ;( 2 )硫酸盐还原作用、甲烷成因现象以及甲烷营养层共存 (赤道太平洋 )的开放大洋富硫酸盐沉积物 ;( 3)存在锰还原作用 (秘鲁海盆 )的开放大洋富硫酸盐沉积物。沿岸边缘站位包括目前所有甲烷都以自由气存在的浅水站位…     

加拿大海盆与楚科奇海表层沉积物中硫酸盐还原菌丰度分布状况

对中国第2次北极科学考察海洋表层沉积物(0～1 cm)中硫酸盐还原菌进行4℃、25℃的培养实验,结合首次北极科学考察海洋沉积物硫酸盐还原菌研究成果,研究了研究区硫酸盐还原菌丰度的分布。结果表明,4℃培养得出硫酸盐还原菌丰度为0～2.4×104个/g(湿样),平均3 433个/g(湿样),并呈现有规律的分布趋势:低纬区的高于高纬区的,浅水区的高于深水区的。本区硫酸盐还原菌丰度高于中国东海、南海和黄海部分海区沉积物中的,低于胶州湾以及西北冰洋某些海区中的。25℃培养时硫酸盐还原菌丰度为0～2.4×104个/g(湿样),平均4 062个/g(湿样),在1 880 m以浅水域其丰度与4℃培养时的一致,而在1 880 m以深水域其丰度高于4℃培养时丰度。     

以黑海和锡瓦什湖为例探讨细菌还原作用时硫酸盐氧、硫同位素的形成特点

已知不同年代蒸发岩中δ１８Ｏ和δ３４Ｓ变化的综合资料被很多学者广泛应用于重建硫循环时的变化特征。但是 ,虽说硫同位素的分异过程 ,其中包括硫酸盐的细菌还原作用分异现象已被研究得相当完善 ,而对氧同位素来说就不能肯定这一点。硫同位素在外生条件下的主要分异过程为硫酸盐的细菌还原作用 :新形成的硫化氢贫 ３４Ｓ ,而残留的硫酸盐则富含同位素 ３４Ｓ ,并且同位素的分异系数随着硫酸盐还原速度的减小而增加。同位素 ３４Ｓ在残留硫酸盐的堆积程度从属于还原速度和残留硫酸盐的份额并可按已知的列莱依（Репей）公式计算。在很…     

墨西哥湾北部富甲烷岩心SMI上的甲烷氧化作用

在富甲烷和含天然气水合物的海洋沉积物中,硫酸盐-甲烷界面（SMI）正逐步为大家所认识,被看作一个基本的生物地球化学氧化还原作用边界。SMI之上沉积物富硫酸盐,其下贫硫酸盐和富甲烷。SMI是一个很薄的带,甲烷的厌氧氧化作用是通过甲烷氧化作用完成的。在甲烷氧化作用过程中,甲烷和硫酸盐被消耗,形成溶解无机碳（DIC）和硫化氢（HS^-）,反应式如下：     

沙尘粒子在我国内陆传输过程中对硫酸盐和硝酸盐生成的影响

2001年春季在青岛采集了3次沙尘暴过境时的大气气溶胶粒子，并利用单个气溶胶粒子分析方法对沙尘粒子含有硫酸盐和硝酸盐的状况进行了分析研究。结果发现3％～13％的沙尘粒子含有硫酸盐，6％～10％的沙尘粒子含有硝酸盐。这些比例远小于无沙尘时北京、青岛等城市污染大气中矿物粒子所含这些成分的比例，表明沙尘粒子在从内陆源区传输到沿海地区的过程中对大气中硫酸盐和硝酸盐生成的促进作用远不如城市污染大气中的矿物粒子明显。     

南海南部浅表层柱状沉积物孔隙水地球化学特征对甲烷渗漏活动的指示

海底沉积物孔隙水地球化学特征能快速响应甲烷渗漏活动及其生物地球化学过程,从而记录甲烷渗漏活动特征。对采自南海南部北康盆地的3个重力沉积柱状沉积物孔隙水样品(BH-H75、BH-H13Y和BH-H61)进行了甲烷浓度、溶解无机碳(DIC)和碳同位素(δ~(13)CDIC)、阴离子(SO_4~(2-)、 Cl~-)以及主微量元素(Ca~(2+)、 Mg~(2+)、 Sr~(2+)、 Ba~(2+))等地球化学分析。(△DIC+△Ca~(2+)+△Mg~(2+))/△SO_4~(2-)比率图解与δ~(13)CDIC深度剖面特征揭示了有机质硫酸盐还原反应(OSR)和硫酸盐驱动-甲烷厌氧氧化反应(SD-AOM)在不同沉积柱中所占比例的不同,其中BH-H13Y沉积柱中OSR和SD-AOM共同存在;BHH75沉积柱中OSR占主导;在BH-H61沉积柱中SD-AOM占主导,且其底部可能存在微生物产甲烷作用。硫酸盐浓度线性拟合关系指示BH-H13Y的硫酸盐-甲烷过渡带(SMTZ)的深度约为700 cmbsf。结合SO_4~(2-)浓度、DIC浓度最大值和δ~(13)CDIC最小值推测BH-H61的SMTZ深度约为480 cmbsf。BH-H61和BH-H13Y沉积柱中,较浅的SMTZ深度、上升的DIC浓度以及强烈负偏的δ~(13)CDIC值指示研究区存在甲烷渗漏活动。此外,在BH-H61和BH-H13Y站位,硫酸盐浓度随深度降低的变化梯度在沉积柱下部较上部陡,指示向上迁移的甲烷通量在时间上逐渐增强。孔隙水中Ca~(2+)、Mg~(2+)、Sr~(2+)浓度以及Mg/Ca、Sr/Ca比值变化特征指示研究区沉积物中可能有自生高镁方解石矿物生成;而BH-H61站位SMTZ界面以下,孔隙水中Ba~(2+)浓度升高,指示了硫酸钡的溶解作用。     

电活化硫酸盐处理四环素类废水的研究

本文构建以掺硼金刚石(Boron-doped diamond,BDD)为阳极、不锈钢为阴极、硫酸盐为电解质的电化学体系,考察了电流密度、pH值、硫酸盐浓度以及初始四环素浓度等四个因素对电化学氧化降解废水中四环素的影响,运用响应曲面法对运行参数进行优化;通过电子自旋共振检测技术分析电化学反应中产生的自由基,探究了间歇通电模式下电化学体系持续氧化机理。结果表明,四个因素对TOC去除率的影响大小次序为:电流密度>初始四环素浓度>初始pH值>硫酸盐浓度,其中初始pH值和硫酸盐浓度与电流密度和初始四环素浓度的交互作用对TOC去除率的影响较为显著;最佳运行参数为pH值为5,电流密度为100 mA·cm^-2,硫酸盐浓度为0.25 mol·L^-1,初始四环素浓度为1000 mg·L^-1;间歇通电模式下,BDD电极表面产生的SO₄^·-等高活性物质间相互转化提供了体系的可持续氧化能力。该研究结果为电化学氧化技术的实际应用提供了节省能耗的有效途径。