バイオマス残渣の微生物分解による強アルカリ性ボーキサイト残渣の水理化学的動態の緩和

Microbial decomposition of biomass residues mitigated hydrogeochemical dynamics in strongly alkaline bauxite residues.

• Fang You
• Liping Zhang
• Jun Ye
• Longbin Huang

抄録

ボーキサイト残渣（BR）の強アルカリ性条件を効果的に中和することは、BRを成長基質（土壌様培地）にして先駆的な植物種との直接フィトスタビライゼーションを行うためのエコエンジニアリングプロセスを開始するための基本的なステップである。本研究では、バイオマス残渣の有機物（OM）の微生物分解による強アルカリ性の中和効果を、硫酸カルシウム（CaSO）添加による中和効果と併せて評価することを目的とした。サトウキビマルチやルツェルン乾草などのOMを単独でBRに添加すると、7日目には間隙水のpHが11.4から9.0に低下し、培養終了時（28日目）までその効果が持続した。この間隙水のpH低下は、酸性有機化合物（主に酢酸）の産生と一致していた。有機栄養細菌（Enterobacteriales, Pasteurellales, Lactobacillales, Streptophytaなど）の多様な種がOM添加BR中にコロニー化していることが確認されたが、ハロアルカリ性細菌（Halomonas, Bacillaceaeなど）に支配されていた。その結果、間隙水のpHはCaSO添加により8.3まで低下した。さらに、イオン中和効果により、間隙水中の可溶性アルミニウムの劇的な減少(90%以上)が見られた。同時に、OM+CaSOの添加により間隙水中の主要な陽イオン(K,Ca,Mg)のレベルが上昇し、これらの可溶性塩の浸出が促進され、間隙水中の塩分濃度が低下し、有機栄養細菌群集の多様性が向上することがわかった。

Effective neutralization of strongly alkaline conditions in bauxite residues (BR) is the fundamental step to initiate the process of eco-engineering BR into growth substrate (or soil-like medium) for direct phytostabilization with pioneer plant species. The present study aimed to evaluate the effectiveness of microbial decomposition of organic matter (OM) (i.e., biomass residues) in neutralizing the strong alkalinity of residues under saturated conditions, together with the regulatory role of calcium sulfate (CaSO) addition. Admixing OM (i.e., sugarcane mulch, Lucerne hay) alone in the BR significantly lowered the porewater pH from 11.4 to around 9.0 by Day 7, which persisted until the end of incubation (Day 28). The pH reduction in the porewater of OM-amended BR coincided with the production of acidic organic compounds (mainly acetic acid). Diverse species of organotrophic bacteria (e.g., Enterobacteriales, Pasteurellales, Lactobacillales, and Streptophyta) were found to have colonized in the OM-amended BR, but which were dominated by haloalkaliphilic bacteria (e.g., Halomonas and Bacillaceae). The CaSO addition in the OM-amended BR further lowered pH to 8.3 in the porewater. Besides, the bioneutralization effects resulted in dramatic reduction (>90%) of soluble Al in the porewater, which is a prerequisite to lowering Al toxicity in plants. At the same time, the levels of major cations (i.e., K, Ca, Mg) in the porewater were elevated by the OM + CaSO amendment, which would facilitate subsequent leaching of these soluble salts to lower the salinity in the BR, and improve the diversity of organotrophic bacterial communities in the amended BR.

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