长石微生物风化作用的研究现状与展望

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1、第23卷第1期地球科学进展Vol.23No.12008年1月ADVANCESINEARTHSCIENCEJan.，2008文章编号：1001-8166（2008）01-0017-07长石微生物风化作用的研究现状与展望*周跃飞，陆现彩，王汝成，陆建军（南京大学地球科学系内生金属成矿机制研究国家重点实验室，江苏南京210093）摘要：矿物—微生物相互作用是地球表生环境下重要的地质作用类型，由于硅酸盐矿物的微生物风化影响着地球物质循环及地貌的形成和演变，尤其受到地质地球化学领域的关注。作为地球表层分布最广的

2、硅酸盐矿物类型，长石在风化分解过程中，微生物通常会以流体模式、生物膜及真菌菌丝等方式与矿物表面发生作用。而长石在微生物作用下的分解机制主要包括质子交换和配体络合作用。微生物生理活动、微生物及代谢产物种类、生长条件，以及长石的种类、结构、成分及表面特征等均会影响其风化速率和风化程度。由于长石在硅酸盐矿物中的代表性，因此对长石—微生物作用模式、机理、影响因素等方面的研究，可以大大促进硅酸盐的微生物地质学的发展。关键词：长石；微生物；风化机理；影响因素中图分类号：P578.968文献标识码：A如：长石的风化

3、可以为生物生长提供无机营养，改善1引言土壤的肥力；可以通过阳离子交换作用中和土壤酸以整体系统的观念认识地球，强化学科间的交性；可以通过风化作用，降低大气CO2的浓度，从而［7］叉与渗透，已成为21世纪初地球科学发展的主起到调节气候的作用。另外，长石在成分和结构［1］题，而系统研究地球的大气圈、水圈、生物圈和岩上也有其独特性，由此决定其与微生物相互作用机石圈中之间的各种作用及各层圈间的相互作用，是理不仅有普适性，也有特殊性。在成分上，长石中不［2，3］地球系统科学的主要任务。以地学和微生物学含或很少含F

4、e、Mn等变价金属元素，因此不会像铁为基础的新兴交叉学科———地质微生物学（Geomi-镁硅酸盐一样通过氧化还原反应与微生物相互作＋crobiology），便是地球系统科学的一个重要的分支用，但长石中含易于与H离子交换而溶出的元素＋＋2＋学科。地质微生物学研究的重要内容之一是研究微如Na、K、Ca等，因此其有可能在微生物作用形生物与矿物的相互作用。在微生物与矿物相互作用成的酸性条件下，通过酸的作用发生溶解。在结构的过程中，微生物可以从矿物中直接或间接获取生上，长石属于架状结构铝硅酸盐，在表生条件下，其

5、长所需的物质和能量，并提升自身对环境的适应性稳定性优于岛状、链状硅酸盐，但弱于层状硅酸盐。［4］以及与其它生物的竞争性；与此同时，发生矿物另外，与表生条件下稳定的石英相比，长石中不仅含［5］＋＋2＋的微生物降解或微生物矿化作用。易于溶出的K、Na、Ca等，而且其中的Al-O键［6］［8］长石作为地表最广泛存在的硅酸盐矿物，除在水溶液中的稳定性不如石英中的Si-O键，因此了在风化过程中能影响地球物质的循环和地貌的形相比之下，长石比石英更容易风化分解。总而言之，成和演变外，还具有重要的生物学及环境学意义，

6、研究长石在微生物作用下的风化，不仅具有矿物学、*收稿日期：2007-03-05；修回日期：2007-11-30.*基金项目：教育部博士点基金项目“磁黄铁矿与氧化菌相互作用的实验研究”（编号：20050284044）和“铜陵地区多金属矿山酸性排水的微生物矿化作用研究”（编号：20050284043）；国家自然科学基金项目“铜陵多金属矿山硫化物的微生物氧化作用研究”（编号：40573001）资助.作者简介：周跃飞（1977-），男，四川屏山人，博士研究生，主要从事地质微生物学方面的研究.E-mail：yf

7、zhou2713＠gmail.com18地球科学进展第23卷地球化学意义，也具有生物学、环境科学等方面的石的解理方向尤甚。值得注意的是，虽然在长石表意义。面存在很多细菌，且细菌通常粘附于蚀坑附近，但溶对长石的微生物风化，前人已有比较广泛而深蚀坑的形状与细菌形状明显不符（图1a），而与Ben-［10］入的研究，但目前尚无相关文章对该研究领域进行nett在化学溶解实验中观察到的现象相似。据此总结，发现尚未涉及的研究“盲区”，进而指导进一Hiebert等认为长石表面粘附的细菌并不能直接溶步的研究。因此，本文

8、的目的，便是拟在总结前人研解矿物，而是溶液中的有机酸及其它代谢物质在细究工作的基础上，从长石的微生物作用形式、风化机菌附近形成了有利于长石溶解的微环境，通过化学［11］理和影响因素三方面出发，着重探讨铝硅酸盐矿物作用促进了长石的溶解。Bennett等的实验再次的微生物风化作用研究进展，最后指出尚未解决的验证了这一观点，即主要是细菌代谢物加速了长石重要科学问题以及进一步研究的可能方向。的溶解，细菌的粘附导致的溶解并不强烈。2.2生物膜2长石—微生物相互作用