ขอบคุณที่เข้าชม Nature.com คุณกำลังใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันที่มีการรองรับ CSS จำกัด เพื่อประสบการณ์การใช้งานที่ดีที่สุด เราขอแนะนำให้คุณใช้เบราว์เซอร์เวอร์ชันล่าสุด (หรือปิดโหมดความเข้ากันได้ใน Internet Explorer) นอกจากนี้ เพื่อให้มั่นใจได้ว่าเว็บไซต์จะได้รับการสนับสนุนอย่างต่อเนื่อง เราจึงแสดงเว็บไซต์โดยไม่มีสไตล์และ JavaScript
แสดงภาพสไลด์สามภาพพร้อมกัน ใช้ปุ่ม "ก่อนหน้า" และ "ถัดไป" เพื่อเลื่อนดูสไลด์ทีละสามภาพ หรือใช้ปุ่มเลื่อนที่ด้านท้ายเพื่อเลื่อนดูสไลด์ทีละสามภาพ
ในสภาพแวดล้อมน้ำจืด มักพบการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วของเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าไร้สนิม การศึกษาโดยการดำน้ำในถังน้ำจืดเป็นเวลา 22 เดือน ได้ดำเนินการโดยใช้เหล็กกล้า 9 เกรด พบการกัดกร่อนอย่างรวดเร็วในเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโครเมียม และเหล็กหล่อ ในขณะที่เหล็กกล้าไร้สนิมไม่พบการกัดกร่อนที่มองเห็นได้แม้หลังจาก 22 เดือน การวิเคราะห์ชุมชนจุลินทรีย์แสดงให้เห็นว่า ในระหว่างการกัดกร่อนทั่วไป แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ Fe(II) จะมีจำนวนมากในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน แบคทีเรียที่ลด Fe(III) จะมีจำนวนมากในระยะการพัฒนาของการกัดกร่อน และแบคทีเรียที่ลดซัลเฟตจะมีจำนวนมากในระยะสุดท้ายของการกัดกร่อนของผลิตภัณฑ์ ในทางตรงกันข้าม แบคทีเรีย Beggiatocaea มีจำนวนมากเป็นพิเศษในเหล็กกล้าที่มี Cr 9% ที่เกิดการกัดกร่อนเฉพาะจุด องค์ประกอบของชุมชนจุลินทรีย์เหล่านี้ยังแตกต่างจากในตัวอย่างน้ำและตะกอนก้นบ่อด้วย ดังนั้น เมื่อการกัดกร่อนดำเนินไป ชุมชนจุลินทรีย์จะเกิดการเปลี่ยนแปลงอย่างมาก และกระบวนการเผาผลาญพลังงานของจุลินทรีย์ที่ต้องพึ่งพาธาตุเหล็กจะสร้างสภาพแวดล้อมที่เอื้อต่อการเจริญเติบโตของจุลินทรีย์ชนิดอื่น
โลหะสามารถเสื่อมสภาพและผุกร่อนได้เนื่องจากปัจจัยทางกายภาพและเคมีต่างๆ ในสภาพแวดล้อม เช่น ค่า pH อุณหภูมิ และความเข้มข้นของไอออน สภาวะที่เป็นกรด อุณหภูมิสูง และความเข้มข้นของคลอไรด์ส่งผลกระทบต่อการกัดกร่อนของโลหะเป็นพิเศษ1,2,3 จุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและที่มนุษย์สร้างขึ้นมักมีอิทธิพลต่อการสึกหรอและการกัดกร่อนของโลหะ ซึ่งเป็นพฤติกรรมที่แสดงออกมาในรูปของการกัดกร่อนจากจุลินทรีย์ (MIC)4,5,6,7,8 MIC มักพบในสภาพแวดล้อมต่างๆ เช่น ท่อภายในอาคารและถังเก็บ ในรอยแตกของโลหะ และในดิน ซึ่งมักเกิดขึ้นอย่างฉับพลันและพัฒนาอย่างรวดเร็ว ดังนั้น การตรวจสอบและการตรวจจับ MIC ในระยะเริ่มต้นจึงทำได้ยากมาก การวิเคราะห์ MIC จึงมักดำเนินการหลังจากเกิดการกัดกร่อนแล้ว มีรายงานกรณีศึกษา MIC จำนวนมากที่พบว่าแบคทีเรียลดซัลเฟต (SRB) มักพบในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน9,10,11,12,13 อย่างไรก็ตาม ยังไม่ชัดเจนว่าแบคทีเรียรีดิวซ์ซัลเฟต (SRBs) มีส่วนทำให้เกิดการกัดกร่อนหรือไม่ เนื่องจากตรวจพบได้จากการวิเคราะห์หลังการกัดกร่อนเท่านั้น
เมื่อเร็วๆ นี้ นอกจากแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ไอโอดีนแล้ว ยังมีการรายงานจุลินทรีย์ที่ย่อยสลายเหล็กหลายชนิด เช่น แบคทีเรีย SRB ที่ย่อยสลายเหล็ก14 เมทาโนเจน15,16,17 แบคทีเรียลดไนเตรต18 แบคทีเรียออกซิไดซ์เหล็ก19 และอะซิโตเจน20 ภายใต้สภาวะในห้องปฏิบัติการแบบไร้ออกซิเจนหรือมีออกซิเจนน้อย จุลินทรีย์เหล่านี้ส่วนใหญ่จะกัดกร่อนเหล็กศูนย์วาเลนซ์และเหล็กกล้าคาร์บอน นอกจากนี้ กลไกการกัดกร่อนของพวกมันยังชี้ให้เห็นว่าเมทาโนเจนและ SRB ที่กัดกร่อนเหล็กส่งเสริมการกัดกร่อนโดยการเก็บเกี่ยวอิเล็กตรอนจากเหล็กศูนย์วาเลนซ์โดยใช้ไฮโดรจีเนสภายนอกเซลล์และไซโตโครมมัลติฮีมตามลำดับ22,23 MIC แบ่งออกเป็นสองประเภท: (i) MIC ทางเคมี (CMIC) ซึ่งเป็นการกัดกร่อนทางอ้อมโดยสายพันธุ์ที่ผลิตโดยจุลินทรีย์ และ (ii) MIC ทางไฟฟ้า (EMIC) ซึ่งเป็นการกัดกร่อนโดยตรงจากการลดอิเล็กตรอนของโลหะ24 การกัดกร่อนโดยจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นโดยการถ่ายโอนอิเล็กตรอนนอกเซลล์ (EET) เป็นสิ่งที่น่าสนใจอย่างยิ่ง เนื่องจากจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติ EET ก่อให้เกิดการกัดกร่อนได้เร็วกว่าจุลินทรีย์ที่ไม่มีคุณสมบัติ EET ในขณะที่การตอบสนองที่จำกัดอัตราของการกัดกร่อนโดยจุลินทรีย์แบบต่อเนื่อง (CMIC) ภายใต้สภาวะแบบไร้ออกซิเจนคือการผลิต H2 ผ่านการลดโปรตอน (H+) การกัดกร่อนโดยจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นโดยจุลินทรีย์ (EMIC) ดำเนินไปผ่านกระบวนการเผาผลาญ EET ซึ่งเป็นอิสระจากการผลิต H2 กลไกของ EET ในจุลินทรีย์ต่างๆ เกี่ยวข้องกับประสิทธิภาพของเชื้อเพลิงเซลล์จุลินทรีย์และการสังเคราะห์ทางไฟฟ้าชีวภาพ25,26,27,28,29 เนื่องจากสภาวะการเพาะเลี้ยงจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนเหล่านี้แตกต่างจากสภาวะในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ จึงไม่ชัดเจนว่ากระบวนการกัดกร่อนโดยจุลินทรีย์ที่สังเกตได้เหล่านี้สะท้อนถึงการกัดกร่อนในทางปฏิบัติหรือไม่ ดังนั้นจึงเป็นการยากที่จะสังเกตกลไก MIC ที่เกิดจากจุลินทรีย์ที่ก่อให้เกิดการกัดกร่อนเหล่านี้ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติ
การพัฒนาเทคโนโลยีการจัดลำดับดีเอ็นเอได้อำนวยความสะดวกในการศึกษารายละเอียดของชุมชนจุลินทรีย์ในสภาพแวดล้อมทางธรรมชาติและสิ่งแวดล้อมที่มนุษย์สร้างขึ้น ตัวอย่างเช่น การวิเคราะห์โปรไฟล์จุลินทรีย์โดยอาศัยลำดับยีน 16S rRNA โดยใช้เครื่องจัดลำดับรุ่นใหม่ได้ถูกนำมาใช้ในสาขานิเวศวิทยาจุลินทรีย์30,31,32 มีการศึกษา MIC จำนวนมากที่ได้รับการตีพิมพ์ซึ่งให้รายละเอียดเกี่ยวกับชุมชนจุลินทรีย์ในดินและสิ่งแวดล้อมทางทะเล13,33,34,35,36 นอกจาก SRB แล้ว ยังมีรายงานการเพิ่มจำนวนของแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์ Fe(II) (FeOB) และแบคทีเรียที่สร้างไนไตรต์ในตัวอย่างการกัดกร่อน เช่น FeOB เช่น Gallionella spp. และ Dechloromonas spp. และแบคทีเรียที่สร้างไนไตรต์ เช่น Nitrospira spp. ในเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้าที่มีทองแดงในตัวกลางดิน33 ในทำนองเดียวกัน ในสภาพแวดล้อมทางทะเล มีการสังเกตการตั้งรกรากอย่างรวดเร็วของแบคทีเรียที่ออกซิไดซ์เหล็กซึ่งอยู่ในกลุ่ม Zetaproteobacteria และ Betaproteobacteria บนเหล็กกล้าคาร์บอนเป็นเวลาหลายสัปดาห์ 36 ข้อมูลเหล่านี้บ่งชี้ถึงการมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์เหล่านี้ต่อการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม ในการศึกษาหลายๆ ครั้ง ระยะเวลาและกลุ่มทดลองมีจำกัด และยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัดเกี่ยวกับพลวัตของชุมชนจุลินทรีย์ในระหว่างการกัดกร่อน
ในงานวิจัยนี้ เราศึกษาการกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (MIC) ของเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโครเมียม เหล็กกล้าไร้สนิม และเหล็กหล่อ โดยใช้การศึกษาแบบแช่ในสภาพแวดล้อมน้ำจืดที่มีออกซิเจนและมีประวัติการเกิด MIC มาก่อน เก็บตัวอย่างที่ 1, 3, 6, 14 และ 22 เดือน และศึกษาอัตราการกัดกร่อนของโลหะแต่ละชนิดและองค์ประกอบของจุลินทรีย์ ผลลัพธ์ของเราให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับพลวัตระยะยาวของชุมชนจุลินทรีย์ในระหว่างการกัดกร่อน
ดังแสดงในตารางที่ 1 โลหะจำนวน 9 ชนิดถูกนำมาใช้ในการศึกษาครั้งนี้ โดยนำตัวอย่างโลหะแต่ละชนิดจำนวน 10 ตัวอย่างไปแช่ในสระน้ำจืด คุณภาพน้ำที่ใช้ในกระบวนการมีดังนี้: Cl- 30 ppm, S m-1 20 mS, Ca2+ 20 ppm, SiO2 20 ppm, ความขุ่น 1 ppm และ pH 7.4 ความเข้มข้นของออกซิเจนละลาย (DO) ที่ด้านล่างของบันไดเก็บตัวอย่างอยู่ที่ประมาณ 8.2 ppm และอุณหภูมิน้ำอยู่ในช่วง 9 ถึง 23°C ตามฤดูกาล
ดังแสดงในรูปที่ 1 หลังจากแช่ในสภาพแวดล้อมเหล็กหล่อ ASTM A283, ASTM A109 เงื่อนไข #4/5, ASTM A179 และ ASTM A395 เป็นเวลา 1 เดือน พบว่ามีผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนสีน้ำตาลปรากฏบนพื้นผิวเหล็กกล้าคาร์บอนในรูปแบบของการกัดกร่อนทั่วไป การสูญเสียน้ำหนักของชิ้นงานเหล่านี้เพิ่มขึ้นตามเวลา (ตารางเสริม 1) และอัตราการกัดกร่อนอยู่ที่ 0.13–0.16 มม. ต่อปี (รูปที่ 2) ในทำนองเดียวกัน พบการกัดกร่อนทั่วไปในเหล็กกล้าที่มีปริมาณ Cr ต่ำ (1% และ 2.25%) โดยมีอัตราการกัดกร่อนประมาณ 0.13 มม./ปี (รูปที่ 1 และ 2) ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าที่มี Cr 9% แสดงการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่เกิดขึ้นในช่องว่างที่เกิดจากปะเก็น อัตราการกัดกร่อนของตัวอย่างนี้อยู่ที่ประมาณ 0.02 มม./ปี ซึ่งต่ำกว่าเหล็กกล้าที่มีการกัดกร่อนทั่วไปอย่างมีนัยสำคัญ ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 304 และ 316 ไม่แสดงการกัดกร่อนที่มองเห็นได้ โดยมีอัตราการกัดกร่อนโดยประมาณน้อยกว่า 0.001 มม. ต่อปี ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 304 และ 316 ไม่แสดงการกัดกร่อนที่มองเห็นได้ โดยมีอัตราเร่งโดยประมาณน้อยกว่า 0.001 มม. ต่อปี Напротив, нержавеющие стали типов 304 и 316 не проявляют видимой коррозии, при этом расчетная скорость коррозии составляет <0,001 мм/год. ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 304 และ 316 ไม่แสดงการกัดกร่อนที่มองเห็นได้ โดยมีอัตราการกัดกร่อนโดยประมาณ <0.001 มม./ปี相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速率<0.001 mm y−1。相比之下，304 和-316 型不锈钢没有显示出可见的腐蚀，估计腐蚀速率<0.001 mm y−1。 Напротив, нержавеющие стали типа 304 и -316 не показали видимой коррозии с расчетной скоростью коррозии <0,001 มมม/โกด. ในทางตรงกันข้าม เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304 และ 316 ไม่แสดงการกัดกร่อนที่มองเห็นได้ โดยมีอัตราการกัดกร่อนตามการออกแบบที่ <0.001 มม./ปี
ภาพที่แสดงเป็นภาพมาโครของแต่ละตัวอย่าง (ความสูง 50 มม. × ความกว้าง 20 มม.) ก่อนและหลังการขจัดคราบตะกรัน 1 เมตร, 1 เดือน; 3 เมตร, 3 เดือน; 6 เมตร, 6 เดือน; 14 เมตร, 14 เดือน; 22 เมตร, 22 เดือน; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, สภาพ 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, เหล็กกล้า 1% Cr; 3C, เหล็กกล้า 2.25% Cr; 9C, เหล็กกล้า 9% Cr; S6, เหล็กกล้าไร้สนิม 316; S8, เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304
อัตราการกัดกร่อนคำนวณโดยใช้การสูญเสียน้ำหนักและระยะเวลาการแช่ S, ASTM A283, SP, ASTM A109, เหล็กชุบแข็ง 4/5, FC, ASTM A395, B, ASTM A179, 1C, เหล็ก 1% Cr, 3 C, เหล็ก 2.25% Cr, 9 C, เหล็ก 9% Cr, S6, เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 316; S8, เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304
จากภาพที่ 1 ยังแสดงให้เห็นว่า ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนของเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโครเมียมต่ำ และเหล็กหล่อ พัฒนาต่อไปหลังจากแช่เป็นเวลา 3 เดือน อัตราการกัดกร่อนโดยรวมค่อยๆ ลดลงเหลือ 0.07 ~ 0.08 มม./ปี หลังจาก 22 เดือน (ภาพที่ 2) นอกจากนี้ อัตราการกัดกร่อนของเหล็กกล้าโครเมียม 2.25% ยังต่ำกว่าตัวอย่างที่ถูกกัดกร่อนอื่นๆ เล็กน้อย ซึ่งบ่งชี้ว่าโครเมียมสามารถยับยั้งการกัดกร่อนได้ นอกเหนือจากการกัดกร่อนทั่วไปแล้ว ตามมาตรฐาน ASTM A179 ยังพบการกัดกร่อนเฉพาะจุดหลังจาก 22 เดือน โดยมีความลึกของการกัดกร่อนประมาณ 700 ไมโครเมตร (ภาพที่ 3) อัตราการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่คำนวณโดยใช้ความลึกของการกัดกร่อนและเวลาการแช่ คือ 0.38 มม./ปี ซึ่งเร็วกว่าการกัดกร่อนทั่วไปประมาณ 5 เท่า อัตราการกัดกร่อนของโลหะผสม ASTM A395 อาจต่ำกว่าความเป็นจริง เนื่องจากผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนไม่สามารถกำจัดคราบตะกรันออกไปได้หมดหลังจากแช่น้ำเป็นเวลา 14 หรือ 22 เดือน อย่างไรก็ตาม ความแตกต่างน่าจะน้อยมาก นอกจากนี้ ยังพบหลุมเล็กๆ จำนวนมากในเหล็กกล้าโครเมียมต่ำที่ถูกกัดกร่อน
ภาพเต็ม (แถบมาตราส่วน: 10 มม.) และการกัดกร่อนเฉพาะจุด (แถบมาตราส่วน: 500 µm) ของเหล็กกล้า ASTM A179 และเหล็กกล้า 9% Cr ที่ความลึกสูงสุด โดยใช้กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์แบบสามมิติ วงกลมสีแดงในภาพเต็มแสดงถึงการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่วัดได้ ภาพเต็มของเหล็กกล้า 9% Cr จากด้านหลังแสดงในรูปที่ 1
ดังแสดงในรูปที่ 2 สำหรับเหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% ไม่พบการกัดกร่อนในช่วง 3-14 เดือน และอัตราการกัดกร่อนแทบจะเป็นศูนย์ อย่างไรก็ตาม พบการกัดกร่อนเฉพาะจุดหลังจาก 22 เดือน (รูปที่ 3) โดยมีอัตราการกัดกร่อน 0.04 มม./ปี ซึ่งคำนวณจากน้ำหนักที่ลดลง ความลึกของการกัดกร่อนเฉพาะจุดสูงสุดคือ 1260 ไมโครเมตร และอัตราการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่ประมาณการโดยใช้ความลึกของการกัดกร่อนและระยะเวลาการแช่ (22 เดือน) คือ 0.68 มม./ปี เนื่องจากไม่ทราบจุดเริ่มต้นที่แน่นอนของการกัดกร่อน อัตราการกัดกร่อนอาจสูงกว่านี้
ในทางตรงกันข้าม ไม่พบการกัดกร่อนที่มองเห็นได้บนสแตนเลสแม้หลังจากแช่ไว้นานถึง 22 เดือน แม้ว่าจะพบอนุภาคสีน้ำตาลเล็กน้อยบนพื้นผิวก่อนการขจัดคราบตะกรัน (รูปที่ 1) แต่ก็เกาะติดอย่างหลวมๆ และไม่ใช่ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อน เนื่องจากโลหะปรากฏขึ้นอีกครั้งบนพื้นผิวสแตนเลสหลังจากขจัดคราบตะกรันออกแล้ว อัตราการกัดกร่อนจึงแทบเป็นศูนย์
การจัดลำดับแอมพลิคอนได้ดำเนินการเพื่อทำความเข้าใจความแตกต่างและพลวัตของชุมชนจุลินทรีย์เมื่อเวลาผ่านไปในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนและไบโอฟิล์มบนพื้นผิวโลหะ ในน้ำ และตะกอน ได้รับข้อมูลการอ่านทั้งหมด 4,160,012 ครั้ง โดยมีช่วงตั้งแต่ 31,328 ถึง 124,183 ครั้ง
ดัชนีแชนนอนของตัวอย่างน้ำที่เก็บจากจุดรับน้ำและบ่อเก็บน้ำมีค่าตั้งแต่ 5.47 ถึง 7.45 (รูปที่ 4a) เนื่องจากน้ำจากแม่น้ำที่ผ่านการบำบัดแล้วถูกนำไปใช้เป็นน้ำอุตสาหกรรม ชุมชนจุลินทรีย์จึงอาจเปลี่ยนแปลงไปตามฤดูกาล ในทางตรงกันข้าม ดัชนีแชนนอนของตัวอย่างตะกอนก้นบ่อมีค่าประมาณ 9 ซึ่งสูงกว่าตัวอย่างน้ำอย่างมีนัยสำคัญ ในทำนองเดียวกัน ตัวอย่างน้ำมีค่าดัชนี Chao1 ที่คำนวณได้และหน่วยอนุกรมวิธานปฏิบัติการ (OTUs) ที่สังเกตได้ต่ำกว่าตัวอย่างตะกอน (รูปที่ 4b, c) ความแตกต่างเหล่านี้มีนัยสำคัญทางสถิติ (การทดสอบ Tukey-Kramer; ค่า p < 0.01, รูปที่ 4d) ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างตะกอนมีความซับซ้อนมากกว่าในตัวอย่างน้ำ ความแตกต่างเหล่านี้มีนัยสำคัญทางสถิติ (การทดสอบ Tukey-Kramer; ค่า p < 0.01, รูปที่ 4d) ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างตะกอนมีความซับซ้อนมากกว่าในตัวอย่างน้ำ Эти различия статистически значимы (критерий Тьюки-Крамера; значения p <0,01, рис. 4d), что указывает на то, что микробные сообщества в образцах донных отложений более сложны, чем в образцах воды. ความแตกต่างเหล่านี้มีนัยสำคัญทางสถิติ (การทดสอบ Tukey-Kramer; ค่า p < 0.01, รูปที่ 4d) ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างตะกอนมีความซับซ้อนมากกว่าในตัวอย่างน้ำ这些差异具有统计学意义（Tukey-Kramer 检验;p 值< 0.01，上4d），表明沉积物样本中的微生物群落比水样中的微生物群落更复杂。这些 差异 具有 统计学 （tukey-kramer 检验 ; p 值 <0.01 ， 上 4d） 表明 沉积物样本 中 的 微生物 中 中 的群落更。。。。。。。。。 Эти различия были статистически значимыми (критерий Тьюки-Крамера; p-значение <0,01, рис. 4d), что позволяет предположить, что микробные сообщества в образцах донных отложений были более сложными, чем в образцах воды. ความแตกต่างเหล่านี้มีนัยสำคัญทางสถิติ (การทดสอบ Tukey-Kramer; ค่า p < 0.01, รูปที่ 4d) ซึ่งบ่งชี้ว่าชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างตะกอนมีความซับซ้อนมากกว่าในตัวอย่างน้ำเนื่องจากน้ำในอ่างระบายน้ำล้นมีการหมุนเวียนอยู่ตลอดเวลา และตะกอนจะตกตะกอนลงสู่ก้นอ่างโดยไม่มีการรบกวนทางกล ความแตกต่างของความหลากหลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์จึงควรสะท้อนถึงระบบนิเวศในอ่างดังกล่าว
a ดัชนี Shannon, b หน่วยอนุกรมวิธานปฏิบัติการที่สังเกตได้ (OTU), และ c ดัชนีการดูดซึม Chao1 (n=6) และแอ่งน้ำ (n=5) น้ำ, ตะกอน (n=3), ASTM A283 (S: n=5), ASTM A109 Temper #4/5 (SP: n=5), ASTM A179 (B: n=5), ASTM A395 (FC: n=5), เหล็กกล้า Cr 1% (1 C: n=5), 2.25% (3 C: n = 5) และ 9% (9 C: n = 5) รวมถึงเหล็กกล้าไร้สนิมประเภท 316 (S6: n = 5) และ -304 (S8: n = 5) แสดงเป็นแผนภูมิกล่องและแผนภูมิหนวด d ค่า p สำหรับดัชนี Shannon และ Chao1 ที่ได้จากการทดสอบ ANOVA และการทดสอบเปรียบเทียบหลายคู่ Tukey-Kramer พื้นหลังสีแดงแสดงถึงคู่ที่มีค่า p < 0.05 พื้นหลังสีแดงแสดงถึงคู่ที่มีค่า p < 0.05 Красные фоны представляют пары со значениями p <0,05. พื้นหลังสีแดงแสดงถึงคู่ที่มีค่า p < 0.05红色背景代表p 值< 0.05 的对。红色背景代表p 值< 0.05 的对。 Красные фоны представляют пары с p-значениями <0,05. พื้นหลังสีแดงแสดงถึงคู่ที่มีค่า p < 0.05เส้นตรงกลางกล่อง เส้นขอบบนและล่างของกล่อง และหนวดของกล่อง แสดงถึงค่ามัธยฐาน ค่าเปอร์เซ็นไทล์ที่ 25 และ 75 และค่าต่ำสุดและค่าสูงสุด ตามลำดับ
ค่าดัชนีแชนนอนสำหรับเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโครเมียมต่ำ และเหล็กหล่อ มีค่าใกล้เคียงกับค่าดัชนีแชนนอนสำหรับตัวอย่างน้ำ (รูปที่ 4a) ในทางตรงกันข้าม ดัชนีแชนนอนของตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นสูงกว่าของเหล็กที่สึกกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ (ค่า p < 0.05, รูปที่ 4d) และคล้ายคลึงกับของตะกอน ในทางตรงกันข้าม ดัชนีแชนนอนของตัวอย่างเหล็กกล้าไร้สนิมนั้นสูงกว่าของเหล็กที่สึกกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ (ค่า p < 0.05, รูปที่ 4d) และคล้ายคลึงกับของตะกอน Напротив, индексы Шеннона образцов из нержавеющей стали значительно выше, чем у корродированных сталей (значения p) <0,05, рис. 4d), и аналогичны индексам отложений. ในทางตรงกันข้าม ดัชนีแชนนอนของชิ้นงานสแตนเลสสูงกว่าของเหล็กที่สึกกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ (ค่า p < 0.05, รูปที่ 4d) และคล้ายคลึงกับดัชนีการสะสม相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数（p 值< 0.05，上4d），与沉积物相似。相比之下，不锈钢样品的香农指数明显高于腐蚀钢的香农指数（p 值< 0.05，上4d），与沉积物〸 Напротив, индекс Шеннона образцов из нержавеющей стали был значительно выше, чем у корродированной стали (значение p <0,05, рис. 4d), как и у отложений. ในทางตรงกันข้าม ดัชนีแชนนอนของชิ้นงานสแตนเลสสูงกว่าของเหล็กที่เกิดการกัดกร่อนอย่างมีนัยสำคัญ (ค่า p < 0.05, รูปที่ 4d) เช่นเดียวกับปริมาณคราบสะสมในทางตรงกันข้าม ดัชนีแชนนอนสำหรับเหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% มีค่าตั้งแต่ 6.95 ถึง 9.65 ค่าเหล่านี้สูงกว่ามากในชิ้นงานที่ไม่เกิดการกัดกร่อนที่ 1 และ 3 เดือน เมื่อเทียบกับชิ้นงานที่เกิดการกัดกร่อนที่ 6, 14 และ 22 เดือน (รูปที่ 4a) นอกจากนี้ ดัชนี Chao1 และ OTU ที่สังเกตได้ของเหล็กกล้า 9% Cr ยังสูงกว่าตัวอย่างที่สึกกร่อนและตัวอย่างในน้ำ และต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่สึกกร่อนและตัวอย่างในตะกอน (รูปที่ 4b, c) และความแตกต่างนั้นมีนัยสำคัญทางสถิติ (ค่า p < 0.01 รูปที่ 4d) นอกจากนี้ ดัชนี Chao1 และ OTU ที่สังเกตได้ของเหล็กกล้า 9% Cr มีค่าสูงกว่าตัวอย่างที่สึกกร่อนและตัวอย่างในน้ำ และมีค่าต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่สึกกร่อนและตัวอย่างในตะกอน (รูปที่ 4b, c) และความแตกต่างนั้นมีนัยสำคัญทางสถิติ (ค่า p < 0.01 รูปที่ 4d)นอกจากนี้ ค่า Chao1 และ OTU ที่สังเกตได้ของเหล็กกล้าที่มี Cr 9% นั้นสูงกว่าค่าของตัวอย่างที่สึกกร่อนและตัวอย่างที่แช่น้ำ และต่ำกว่าค่าของตัวอย่างที่ไม่สึกกร่อนและตัวอย่างที่ตกตะกอน (รูปที่ 4b, c) และความแตกต่างนั้นมีนัยสำคัญทางสถิติ(p-значения <0,01, рис. 4d) (ค่า p < 0.01, รูปที่ 4d)此外，9% Cr 钢的Chao1 指数和观察到的OTU高于腐蚀样品和水样，低于未腐蚀样品和沉积物样品（上4b，c），差异具有统计学意义（p 值< 0.01，รูปภาพ4d）。此外 , 9% CR 钢 Chao1 指数 和 观察 的 的 rtu 高于 腐蚀 样品 水样 ， 低于 腐蚀 样品 和 沉积物 （ภาพ 4b ， c） 差异 统计学 意义 （p 值 <0.01 ภาพพื้นหลัง ภาพพื้นหลังภาพ Кроме того, индекс Chao1 и наблюдаемые OTU стали с содержанием 9 % Cr были выше, чем у корродированных и водных образцов, и ниже, чем у некорродированных и осадочных образцов (рис. 4b,c), а разница была статистически значимой (p- значение < 0,01, рис. 4ก) นอกจากนี้ ดัชนี Chao1 และ OTU ที่สังเกตได้ของเหล็กกล้า 9% Cr มีค่าสูงกว่าตัวอย่างที่สึกกร่อนและตัวอย่างในน้ำ และมีค่าต่ำกว่าตัวอย่างที่ไม่สึกกร่อนและตัวอย่างในตะกอน (รูปที่ 4b,c) และความแตกต่างนั้นมีนัยสำคัญทางสถิติ (ค่า p < 0.01 รูปที่ 4d)ผลลัพธ์เหล่านี้บ่งชี้ว่าความหลากหลายทางชีวภาพของจุลินทรีย์ในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนนั้นต่ำกว่าในไบโอฟิล์มบนโลหะที่ไม่เกิดการกัดกร่อน
ภาพที่ 5a แสดงแผนภาพการวิเคราะห์พิกัดหลัก (PCoA) โดยใช้ระยะทาง UniFrac แบบไม่ถ่วงน้ำหนักสำหรับตัวอย่างทั้งหมด โดยพบกลุ่มหลักสามกลุ่ม ชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างน้ำมีความแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากชุมชนอื่นๆ ชุมชนจุลินทรีย์ในตะกอนยังรวมถึงชุมชนสแตนเลสด้วย ในขณะที่พบกระจายอยู่ทั่วไปในตัวอย่างที่เกิดการกัดกร่อน ในทางตรงกันข้าม แผนที่ของเหล็กที่มี Cr 9% แบ่งออกเป็นกลุ่มที่ไม่เกิดการกัดกร่อนและกลุ่มที่เกิดการกัดกร่อน ดังนั้น ชุมชนจุลินทรีย์บนพื้นผิวโลหะและผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนจึงแตกต่างอย่างมีนัยสำคัญจากชุมชนจุลินทรีย์ในน้ำ
แผนภาพการวิเคราะห์พิกัดหลัก (PCoA) โดยอิงจากระยะทาง UniFrac ที่ไม่ถ่วงน้ำหนักในตัวอย่างทั้งหมด (a), น้ำ (b) และโลหะ (c) วงกลมเน้นแต่ละคลัสเตอร์ วิถีแสดงด้วยเส้นที่เชื่อมต่อช่วงเวลาการสุ่มตัวอย่างตามลำดับ 1 เมตร, 1 เดือน; 3 เมตร, 3 เดือน; 6 เมตร, 6 เดือน; 14 เมตร, 14 เดือน; 22 เมตร, 22 เดือน; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, สภาพ 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, เหล็กกล้า 1% Cr; 3C, เหล็กกล้า 2.25% Cr; 9C, เหล็กกล้า 9% Cr; S6, เหล็กกล้าไร้สนิม 316; S8, เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304
เมื่อเรียงลำดับตามเวลา แผนภาพ PCoA ของตัวอย่างน้ำจะเรียงตัวเป็นวงกลม (รูปที่ 5b) การเปลี่ยนผ่านของวัฏจักรนี้อาจสะท้อนถึงการเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาล
นอกจากนี้ ยังพบเพียงสองกลุ่ม (กลุ่มที่สึกกร่อนและกลุ่มที่ไม่สึกกร่อน) บนแผนภาพ PCoA ของตัวอย่างโลหะ โดย (ยกเว้นเหล็กกล้าโครเมียม 9%) ยังพบการเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์จาก 1 ถึง 22 เดือนด้วย (รูปที่ 5c) ยิ่งไปกว่านั้น เนื่องจากความเปลี่ยนแปลงในตัวอย่างที่เกิดการสึกกร่อนนั้นมากกว่าในตัวอย่างที่ไม่สึกกร่อน จึงมีความสัมพันธ์ระหว่างการเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์และความคืบหน้าของการสึกกร่อน ในตัวอย่างเหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% พบชุมชนจุลินทรีย์สองประเภท ได้แก่ จุดที่ 1 และ 6 เดือน ซึ่งอยู่ใกล้กับเหล็กกล้าไร้สนิม และจุดอื่นๆ (3, 14 และ 22 เดือน) ซึ่งอยู่ใกล้กับเหล็กกล้าที่เกิดการสึกกร่อน ตัวอย่างที่ 1 เดือนและตัวอย่างที่ใช้ในการสกัด DNA ที่ 6 เดือนไม่เกิดการสึกกร่อน ในขณะที่ตัวอย่างที่ 3, 14 และ 22 เดือนเกิดการสึกกร่อน (รูปภาพเพิ่มเติมที่ 1) ดังนั้น ชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างที่เกิดการกัดกร่อนจึงแตกต่างจากชุมชนจุลินทรีย์ในน้ำ ตะกอน และตัวอย่างที่ไม่เกิดการกัดกร่อน และมีการเปลี่ยนแปลงไปตามความรุนแรงของการกัดกร่อน
กลุ่มจุลินทรีย์หลักที่พบในตัวอย่างน้ำ ได้แก่ Proteobacteria (30.1–73.5%), Bacteroidetes (6.3–48.6%), Planctomycetota (0.4–19.6%) และ Actinobacteria (0–17.7%) โดยความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของกลุ่มจุลินทรีย์เหล่านี้แตกต่างกันไปในแต่ละตัวอย่าง (รูปที่ 6) ตัวอย่างเช่น ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ Bacteroidetes ในน้ำในบ่อสูงกว่าในน้ำที่สูบออกมา ความแตกต่างนี้อาจได้รับอิทธิพลจากระยะเวลาที่น้ำอยู่ในถังเก็บน้ำล้น นอกจากนี้ยังพบกลุ่มจุลินทรีย์เหล่านี้ในตัวอย่างตะกอนก้นบ่อด้วย แต่ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์แตกต่างจากในตัวอย่างน้ำอย่างมีนัยสำคัญ ยิ่งไปกว่านั้น ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ Acidobacteriota (8.7–13.0%), Chloroflexi (8.1–10.2%), Nitrospirota (4.2–4.4%) และ Desulfobacterota (1.5–4.4%) ยังสูงกว่าในตัวอย่างน้ำด้วย เนื่องจากแบคทีเรียสกุล Desulfobacterota เกือบทั้งหมดเป็นแบคทีเรีย SRB37 ดังนั้นสภาพแวดล้อมในตะกอนจึงต้องเป็นแบบไร้ออกซิเจน แม้ว่าแบคทีเรีย Desulfobacterota อาจมีผลต่อการกัดกร่อน แต่ความเสี่ยงน่าจะต่ำมาก เนื่องจากปริมาณของแบคทีเรียเหล่านี้ในน้ำในสระว่ายน้ำมีน้อยกว่า 0.04% แม้ว่าแบคทีเรีย Desulfobacterota อาจมีผลต่อการกัดกร่อน แต่ความเสี่ยงน่าจะต่ำมาก เนื่องจากปริมาณของแบคทีเรียเหล่านี้ในน้ำในสระว่ายน้ำมีน้อยกว่า 0.04% хотя Desulfobacterota, возможно, влияют на коррозию, риск дольное быть чрезвычайно низким, поскольку их относительное содержание воде бассейна составляет <0,04%. แม้ว่าแบคทีเรีย Desulfobacterota อาจมีผลต่อการกัดกร่อน แต่ความเสี่ยงน่าจะต่ำมาก เนื่องจากปริมาณของแบคทีเรียชนิดนี้ในน้ำในสระว่ายน้ำมีน้อยกว่า 0.04%尽管脱硫杆菌门可能影响腐蚀，但风险应该极低，因为它们在池水中的相对丰度<0.04%。 <0.04% Риск должен быть крайне низким, поскольку их относительное содержание в воде бассейна составляет <0,04%. แม้ว่าแบคทีเรียชนิด Desulfobacillus อาจส่งผลต่อการกัดกร่อนได้ แต่ความเสี่ยงนั้นควรจะต่ำมาก เนื่องจากปริมาณของแบคทีเรียชนิดนี้ในน้ำในสระว่ายน้ำมีน้อยกว่า 0.04%
RW และ Air แทนตัวอย่างน้ำจากจุดรับน้ำและอ่างเก็บน้ำตามลำดับ Sediment-C, -E, -W คือตัวอย่างตะกอนที่เก็บจากกลางก้นอ่างเก็บน้ำ รวมถึงจากด้านตะวันออกและด้านตะวันตก 1 เมตร, 1 เดือน; 3 เมตร, 3 เดือน; 6 เมตร, 6 เดือน; 14 เมตร, 14 เดือน; 22 เมตร, 22 เดือน; S, ASTM A283; SP, ASTM A109, สภาพ 4/5; FC, ASTM A395; B, ASTM A179; 1C, เหล็กกล้า 1% Cr; 3C, เหล็กกล้า 2.25% Cr; 9C, เหล็กกล้า 9% Cr; S6, เหล็กกล้าไร้สนิม 316; S8, เหล็กกล้าไร้สนิมชนิด 304
ในระดับสกุล พบสัดส่วนที่สูงขึ้นเล็กน้อย (6–19%) ของแบคทีเรียที่ไม่ได้รับการจำแนกประเภทซึ่งอยู่ในวงศ์ Trichomonadaceae รวมถึง Neosphingosine, Pseudomonas และ Flavobacterium ในทุกฤดูกาล ส่วนองค์ประกอบหลักรองนั้น สัดส่วนจะแตกต่างกันไป (รูปที่ 1) 7a และ 7b) ในลำธารสาขา ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ Flavobacterium, Pseudovibrio และ Rhodoferrobacter สูงขึ้นเฉพาะในฤดูหนาวเท่านั้น ในทำนองเดียวกัน พบปริมาณ Pseudovibrio และ Flavobacterium ที่สูงกว่าในน้ำในฤดูหนาวของลุ่มน้ำ ดังนั้น ชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างน้ำจึงแตกต่างกันไปตามฤดูกาล แต่ไม่ได้เปลี่ยนแปลงอย่างมากในช่วงระยะเวลาการศึกษา
a น้ำประปา, b น้ำในสระว่ายน้ำ, c ASTM A283, d ASTM A109 อุณหภูมิ #4/5, e ASTM A179, f ASTM A395, g เหล็กกล้า 1% Cr, h เหล็กกล้า 2.25% Cr และ i เหล็กกล้า 9% Cr, j เหล็กกล้า Type-316 และเหล็กกล้าไร้สนิม K-304
โปรตีโอแบคทีเรียเป็นส่วนประกอบหลักในตัวอย่างทั้งหมด แต่ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของพวกมันในตัวอย่างที่เกิดการกัดกร่อนลดลงเมื่อการกัดกร่อนดำเนินไป (รูปที่ 6) ในตัวอย่าง ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 และ Cr 1% และ 2.25% ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของโปรตีโอแบคทีเรียลดลงจาก 89.1%, 85.9%, 89.6%, 79.5%, 84.8%, 83.8% เป็น 43.3%, 52.2%, 50.0%, 41.9%, 33.8% และ 31.3% ตามลำดับ ในทางตรงกันข้าม ปริมาณสัมพัทธ์ของ Desulfobacterota จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก <0.1% เป็น 12.5–45.9% เมื่อการกัดกร่อนรุนแรงขึ้น ในทางตรงกันข้าม ปริมาณสัมพัทธ์ของ Desulfobacterota จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก <0.1% เป็น 12.5–45.9% เมื่อการกัดกร่อนรุนแรงขึ้น ตัวอย่างเช่น относительное содержание Desulfobacterota постепенно увеличивается с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. ในทางตรงกันข้าม ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ Desulfobacterota จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นจาก <0.1% เป็น 12.5–45.9% เมื่อการกัดกร่อนดำเนินไป相反，随着腐蚀的进ส่วนขยาย，脱硫杆菌的相对丰度从<0.1% 逐渐增加到12.5-45.9%。相反，随着腐蚀的进ส่วนขยาย，脱硫杆菌的相对丰度从<0.1% ตัวอย่างเช่น относительная численность Desulfobacillus постепенно увеличивалась с <0,1% до 12,5–45,9% по мере развития коррозии. ในทางตรงกันข้าม ความอุดมสมบูรณ์สัมพัทธ์ของ Desulfobacillus เพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไปจาก <0.1% เป็น 12.5–45.9% เมื่อการกัดกร่อนดำเนินไปดังนั้น เมื่อการกัดกร่อนดำเนินไป แบคทีเรีย Proteobactereira จึงถูกแทนที่ด้วยแบคทีเรีย Desulfobacterota
ในทางตรงกันข้าม ไบโอฟิล์มบนสแตนเลสที่ไม่ผุกร่อนมีสัดส่วนของแบคทีเรียชนิดต่างๆ เท่ากัน ได้แก่ โปรตีโอแบคทีเรีย (29.4–34.1%), แพลนก์โตไมซีโตตา (11.7–18.8%), ไนโตรสไปโรตา (2.9–20.9%), แอซิโดแบคเทอริโอตา (8.6–18.8%), แบคเทอรอยโดตา (3.1–9.2%) และคลอโรเฟล็กซี (2.1–8.8%) พบว่าสัดส่วนของไนโตรสไปโรตาในตัวอย่างสแตนเลสเพิ่มขึ้นอย่างค่อยเป็นค่อยไป (รูปที่ 6) อัตราส่วนเหล่านี้คล้ายคลึงกับในตัวอย่างตะกอน ซึ่งสอดคล้องกับแผนภาพ PCoA ที่แสดงในรูปที่ 5a
ในตัวอย่างเหล็กที่มีโครเมียม 9% พบชุมชนจุลินทรีย์สองประเภท ได้แก่ ชุมชนจุลินทรีย์อายุ 1 เดือนและ 6 เดือน ซึ่งคล้ายคลึงกับชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างตะกอนด้านล่าง ในขณะที่สัดส่วนของโปรตีโอแบคทีเรียในตัวอย่างการกัดกร่อนอายุ 3, 14 และ 22 เดือนเพิ่มขึ้นอย่างมีนัยสำคัญ นอกจากนี้ ชุมชนจุลินทรีย์ทั้งสองประเภทนี้ในตัวอย่างเหล็กที่มีโครเมียม 9% ยังสอดคล้องกับคลัสเตอร์ที่แยกออกจากกันในแผนภาพ PCoA ที่แสดงในรูปที่ 5c
ในระดับสกุล พบ OTU มากกว่า 2,000 รายการ ซึ่งประกอบด้วยแบคทีเรียและอาร์เคียที่ยังไม่ได้รับการจัดกลุ่ม ในระดับสกุล พบ OTU มากกว่า 2,000 รายการ ซึ่งประกอบด้วยแบคทีเรียและอาร์เคียที่ยังไม่ได้รับการจัดกลุ่มในระดับสกุล พบ OTU มากกว่า 2,000 กลุ่ม ซึ่งประกอบด้วยแบคทีเรียและอาร์เคียที่ไม่สามารถระบุชนิดได้ในระดับสกุล พบ OTU มากกว่า 2000 กลุ่ม ซึ่งประกอบด้วยแบคทีเรียและอาร์เคียที่ไม่ระบุชนิด ในจำนวนนี้ เรามุ่งเน้นไปที่ 10 OTU ที่มีจำนวนประชากรสูงในแต่ละตัวอย่าง ซึ่งครอบคลุม 58.7-70.9%, 48.7-63.3%, 50.2-70.7%, 50.8-71.5%, 47.2-62.7%, 38.4-64.7%, 12.8-49.7%, 17.5-46.8% และ 21.8-45.1% ในเหล็กกล้า ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395, เหล็กกล้า Cr 1%, 2.25% และ 9% และเหล็กกล้าไร้สนิม Type 316 และ -304
พบโมโนลิธที่ปราศจากคลอรีนซึ่งมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ Fe(II) ในปริมาณค่อนข้างสูงในตัวอย่างการกัดกร่อน เช่น ASTM A179, ASTM A109 Temp No. 4/5, ASTM A179, ASTM A395 และเหล็กกล้าที่มี Cr 1% และ 2.25% ในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน (1 เดือนและ 3 เดือน รูปที่ 7c-h) สัดส่วนของ Dechloromonas ลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ซึ่งสอดคล้องกับการลดลงของ Proteobacteria (รูปที่ 6) นอกจากนี้ สัดส่วนของ Dechloromonas ในไบโอฟิล์มบนตัวอย่างที่ไม่ผุกร่อนมีค่าน้อยกว่า 1% นอกจากนี้ สัดส่วนของ Dechloromonas ในไบโอฟิล์มบนตัวอย่างที่ไม่ผุกร่อนมีค่าน้อยกว่า 1% Кроме того, доля Dechloromonas в биопленках на некорродированных образцах составляет <1%. นอกจากนี้ สัดส่วนของ Dechloromonas ในไบโอฟิล์มบนชิ้นงานที่ไม่ผุกร่อนมีค่าน้อยกว่า 1%此外，未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例<1%。此外，未腐蚀样品的生物膜中脱氯单胞菌的比例 < 1% Кроме того, доля Dechloromonas в биопленке некорродированных образцов была <1%. นอกจากนี้ สัดส่วนของ Dechloromonas ในไบโอฟิล์มของชิ้นงานที่ไม่ผุกร่อนมีค่าน้อยกว่า 1%ดังนั้น ในบรรดาผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนนั้น แบคทีเรีย Dechloromonas จะมีปริมาณมากเป็นพิเศษในช่วงเริ่มต้นของการกัดกร่อน
ในทางตรงกันข้าม ในเหล็กกล้า ASTM A179, ASTM A109 อบชุบความร้อน #4/5, ASTM A179, ASTM A395 และเหล็กกล้าที่มี Cr 1% และ 2.25% สัดส่วนของแบคทีเรีย SRB ชนิด Desulfovibrio เพิ่มขึ้นในที่สุดหลังจาก 14 และ 22 เดือน (รูปที่ 7c–h) ตรวจพบ Desulfovibrio ในปริมาณน้อยมากหรือไม่พบเลยในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน ในตัวอย่างน้ำ (รูปที่ 7a, b) และในไบโอฟิล์มที่ไม่เกิดการกัดกร่อน (รูปที่ 7j, j) สิ่งนี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่า Desulfovibrio ชอบสภาพแวดล้อมของผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่เกิดขึ้น แม้ว่าพวกมันจะไม่มีผลต่อการกัดกร่อนในระยะเริ่มต้นก็ตาม
แบคทีเรียที่ลด Fe(III) (RRB) เช่น Geobacter และ Geothrix พบในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนในระยะกลางของการกัดกร่อน (6 และ 14 เดือน) แต่สัดส่วนในระยะปลาย (22 เดือน) ของการกัดกร่อนนั้นสูงกว่า แบคทีเรียสกุล Sideroxydans ที่มีคุณสมบัติในการออกซิเดชัน Fe(II) แสดงพฤติกรรมที่คล้ายคลึงกัน (รูปที่ 7f) ดังนั้นสัดส่วนของ FeOB, IRB และ SRB จึงสูงกว่าในตัวอย่างที่ถูกกัดกร่อนเท่านั้น สิ่งนี้ชี้ให้เห็นอย่างชัดเจนว่าการเปลี่ยนแปลงในชุมชนจุลินทรีย์เหล่านี้เกี่ยวข้องกับความคืบหน้าของการกัดกร่อน
ในเหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% ที่เกิดการกัดกร่อนหลังจาก 3, 14 และ 22 เดือน พบว่ามีสัดส่วนของสมาชิกในวงศ์ Beggiatoacea สูงขึ้น (8.5–19.6%) ซึ่งสามารถแสดงคุณสมบัติในการออกซิไดซ์กำมะถันได้ และพบ sideroxidans (8.4–13.7%) (รูปที่ 1) 7i) นอกจากนี้ ยังพบ Thiomonas ซึ่งเป็นแบคทีเรียออกซิไดซ์กำมะถัน (SOB) ในปริมาณที่สูงขึ้น (3.4% และ 8.8%) ที่ 3 และ 14 เดือน ในทางตรงกันข้าม พบแบคทีเรียลดไนเตรต Nitrospira (12.9%) ในตัวอย่างที่ไม่เกิดการกัดกร่อนอายุ 6 เดือน สัดส่วนของ Nitrospira ที่เพิ่มขึ้นยังพบในไบโอฟิล์มบนเหล็กกล้าไร้สนิมหลังจากแช่ (รูปที่ 7j,k) ดังนั้น ชุมชนจุลินทรีย์ของเหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% ที่ไม่เกิดการกัดกร่อนอายุ 1 และ 6 เดือน จึงคล้ายคลึงกับชุมชนจุลินทรีย์ในไบโอฟิล์มของเหล็กกล้าไร้สนิม นอกจากนี้ กลุ่มจุลินทรีย์บนเหล็กกล้า 9% Cr ที่เกิดการกัดกร่อนที่ระยะเวลา 3, 14 และ 22 เดือน ยังแตกต่างจากผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนของเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโครเมียมต่ำ และเหล็กหล่ออีกด้วย
โดยทั่วไปแล้ว การเกิดการกัดกร่อนในน้ำจืดจะช้ากว่าในน้ำทะเล เนื่องจากความเข้มข้นของไอออนคลอไรด์ส่งผลต่อการกัดกร่อนของโลหะ อย่างไรก็ตาม เหล็กกล้าไร้สนิมบางชนิดอาจเกิดการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมน้ำจืดได้38,39 นอกจากนี้ ในตอนแรกยังสงสัยว่าเกิด MIC เนื่องจากเคยพบวัสดุที่ถูกกัดกร่อนในสระน้ำจืดที่ใช้ในการศึกษานี้มาก่อน ในการศึกษาการแช่ในระยะยาว พบการกัดกร่อนหลายรูปแบบ ชุมชนจุลินทรีย์ 3 ประเภท และการเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์ในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน
ตัวกลางน้ำจืดที่ใช้ในการศึกษาครั้งนี้คือถังปิดสำหรับน้ำทางเทคนิคที่นำมาจากแม่น้ำ ซึ่งมีองค์ประกอบทางเคมีค่อนข้างคงที่และอุณหภูมิน้ำเปลี่ยนแปลงตามฤดูกาลตั้งแต่ 9 ถึง 23 °C ดังนั้น ความผันผวนตามฤดูกาลของชุมชนจุลินทรีย์ในตัวอย่างน้ำอาจเกี่ยวข้องกับการเปลี่ยนแปลงของอุณหภูมิ นอกจากนี้ ชุมชนจุลินทรีย์ในน้ำในสระยังแตกต่างจากในน้ำที่ป้อนเข้า (รูปที่ 5b) น้ำในสระมีการเปลี่ยนอยู่ตลอดเวลาเนื่องจากการล้น ส่งผลให้ DO คงอยู่ที่ประมาณ 8.2 ppm แม้ในระดับความลึกปานกลางระหว่างผิวน้ำและก้นสระ ในทางตรงกันข้าม สภาพแวดล้อมของตะกอนควรเป็นแบบไร้ออกซิเจน เนื่องจากตะกอนตกตะกอนและคงอยู่ที่ก้นอ่างเก็บน้ำ และจุลินทรีย์ในตะกอน (เช่น CRP) ก็ควรแตกต่างจากจุลินทรีย์ในน้ำด้วย (รูปที่ 6) เนื่องจากชิ้นส่วนตัวอย่างในสระอยู่ห่างจากตะกอน จึงสัมผัสกับน้ำจืดเท่านั้นในระหว่างการศึกษาแบบแช่ภายใต้สภาวะที่มีออกซิเจน
การกัดกร่อนทั่วไปเกิดขึ้นในเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้าโครเมียมต่ำ และเหล็กหล่อในสภาพแวดล้อมน้ำจืด (รูปที่ 1) เนื่องจากวัสดุเหล่านี้ไม่ทนต่อการกัดกร่อน อย่างไรก็ตาม อัตราการกัดกร่อน (0.13 มม. ต่อปี) ภายใต้สภาวะน้ำจืดที่ปราศจากสิ่งมีชีวิตนั้นสูงกว่าในงานวิจัยก่อนหน้านี้40 (0.04 มม. ต่อปี) และเทียบได้กับอัตราการกัดกร่อน (0.02–0.76 มม. ต่อปี) ในกรณีที่มีจุลินทรีย์ 1) คล้ายกับสภาวะน้ำจืด40,41,42 อัตราการกัดกร่อนที่เร่งขึ้นนี้เป็นลักษณะเฉพาะของ MIC
นอกจากนี้ หลังจากแช่เป็นเวลา 22 เดือน พบการกัดกร่อนเฉพาะจุดในโลหะหลายชนิดใต้ผลิตภัณฑ์การกัดกร่อน (รูปที่ 3) โดยเฉพาะอย่างยิ่ง อัตราการกัดกร่อนเฉพาะจุดที่พบใน ASTM A179 นั้นเร็วกว่าการกัดกร่อนทั่วไปประมาณห้าเท่า รูปแบบการกัดกร่อนที่ผิดปกติและอัตราการกัดกร่อนที่เร่งขึ้นนี้ยังพบได้ในการกัดกร่อนที่เกิดขึ้นบนวัตถุเดียวกัน ดังนั้น การแช่ที่ดำเนินการในงานวิจัยนี้จึงสะท้อนถึงการกัดกร่อนในทางปฏิบัติ
ในบรรดาโลหะที่ศึกษา เหล็กกล้า 9% Cr แสดงให้เห็นการกัดกร่อนที่รุนแรงที่สุด โดยมีความลึกของการกัดกร่อนมากกว่า 1.2 มม. ซึ่งน่าจะเป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (MIC) เนื่องจากมีการกัดกร่อนที่เร่งขึ้นและรูปแบบการกัดกร่อนที่ผิดปกติ ในบรรดาโลหะที่ศึกษา เหล็กกล้า 9% Cr แสดงให้เห็นการกัดกร่อนที่รุนแรงที่สุด โดยมีความลึกของการกัดกร่อนมากกว่า 1.2 มม. ซึ่งน่าจะเป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (MIC) เนื่องจากมีการกัดกร่อนที่เร่งขึ้นและรูปแบบการกัดกร่อนที่ผิดปกติ Среди исследованных металлов сталь с 9% Cr показала наиболее сильную коррозию с глубиной коррозии> 1,2 мм, что, вероятно, является МИК из-за ускоренной коррозии и аномальной формы коррозии. ในบรรดาโลหะที่ตรวจสอบ เหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% แสดงให้เห็นการกัดกร่อนที่รุนแรงที่สุด โดยมีความลึกของการกัดกร่อนมากกว่า 1.2 มม. ซึ่งน่าจะเป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (MIC) อันเนื่องมาจากการกัดกร่อนที่เร่งขึ้นและรูปแบบการกัดกร่อนที่ผิดปกติอยู่ที่所研究的金属中，9% Cr 钢的腐蚀最为严重，腐蚀深度>1.2 มม.，由于加速腐蚀和异常腐蚀形式，很可能是MIC。在所研究的金属中，9% Cr Среди исследованных металлов наиболее сильно корродировала сталь с 9% Cr, с глубиной коррози >1,2 мм, скорее всего, МИК из-за ускоренных и аномальных форм коррозии. ในบรรดาโลหะที่ศึกษา เหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% เกิดการกัดกร่อนรุนแรงที่สุด โดยมีความลึกของการกัดกร่อนมากกว่า 1.2 มม. ซึ่งน่าจะเป็นการกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (MIC) เนื่องจากการกัดกร่อนที่เร่งตัวและผิดปกติเนื่องจากเหล็กกล้า 9% Cr ถูกนำมาใช้ในงานที่มีอุณหภูมิสูง พฤติกรรมการกัดกร่อนของเหล็กชนิดนี้จึงได้รับการศึกษามาก่อนแล้ว43,44 แต่ยังไม่มีรายงาน MIC สำหรับโลหะชนิดนี้มาก่อน เนื่องจากจุลินทรีย์จำนวนมาก ยกเว้นจุลินทรีย์ทนความร้อนสูง จะไม่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (>100 °C) ดังนั้น การเกิดสนิมจากจุลินทรีย์ (MIC) ในเหล็กกล้า 9% Cr จึงอาจถูกละเลยได้ในกรณีดังกล่าว เนื่องจากจุลินทรีย์จำนวนมาก ยกเว้นจุลินทรีย์ทนความร้อนสูง จะไม่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (>100 °C) ดังนั้น การเกิดสนิมจากจุลินทรีย์ (MIC) ในเหล็กกล้า 9% Cr จึงอาจถูกละเลยได้ในกรณีดังกล่าว МИК в стали с 9% Cr в таких случаях можно не учитывать. เนื่องจากจุลินทรีย์จำนวนมาก ยกเว้นจุลินทรีย์ทนความร้อนสูง จะไม่ทำงานในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (>100°C) ดังนั้น การเกิดสนิมจากจุลินทรีย์ (MIC) ในเหล็กกล้าที่มีโครเมียม 9% จึงสามารถละเลยได้ในกรณีดังกล่าว由于除超嗜热菌外，许多微生物在高温环境(>100 °C) 中不活跃，因此在这种情况下可以忽略9% Cr钢中的MIC. 9% Cr 颃(>100 °C) Поскольку многие микроорганизмы, кроме гипертермофилов, не проявляют активности в высокотемпературных средах (>100 °С), МПК в стали с 9% Cr в данном случае можно не учитывать. เนื่องจากจุลินทรีย์หลายชนิด ยกเว้นจุลินทรีย์ทนความร้อนสูง ไม่แสดงกิจกรรมในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิสูง (>100 °C) ดังนั้น MIC ในเหล็กกล้าที่มี Cr 9% จึงสามารถละเลยได้ในกรณีนี้อย่างไรก็ตาม เมื่อใช้เหล็กกล้า 9% Cr ในสภาพแวดล้อมที่มีอุณหภูมิปานกลาง จะต้องมีการดำเนินการหลายอย่างเพื่อลดการเกิด MIC (การแทรกซึมของทองแดงภายในเนื้อเหล็ก)
มีการสังเกตพบชุมชนจุลินทรีย์ที่หลากหลายและการเปลี่ยนแปลงของชุมชนเหล่านั้นในตะกอนของวัสดุที่ไม่ผุกร่อนและในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนในไบโอฟิล์มเมื่อเปรียบเทียบกับน้ำ นอกเหนือจากการกัดกร่อนที่เร่งขึ้น (รูปที่ 5-7) ซึ่งบ่งชี้อย่างชัดเจนว่าการกัดกร่อนนี้เป็นไมโครโฟน Ramirez et al.13 รายงานการเปลี่ยนแปลง 3 ขั้นตอน (FeOB => SRB/IRB = > SOB) ในระบบนิเวศจุลินทรีย์ทางทะเลในช่วง 6 เดือน โดยที่ไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ผลิตโดย SRB ที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นอาจส่งผลให้ SOB มีความเข้มข้นสูงขึ้นในที่สุด Ramirez et al.13 รายงานการเปลี่ยนแปลง 3 ขั้นตอน (FeOB => SRB/IRB => SOB) ในระบบนิเวศจุลินทรีย์ทางทะเลในช่วง 6 เดือน โดยไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ผลิตโดย SRB ที่มีความเข้มข้นสูงขึ้นอาจส่งผลให้ SOB มีความเข้มข้นสูงขึ้นในที่สุด Ramirez et al.13 сообщают о трехэтапном переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, когда сероводород, образующийся при вторичном обогащении SRB, может, наконец, способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 รายงานการเปลี่ยนแปลงสามขั้นตอน (FeOB => SRB/IRB => SOB) ในระบบนิเวศจุลินทรีย์ทางทะเลในช่วงระยะเวลา 6 เดือน โดยไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่สร้างขึ้นจากการเพิ่มจำนวนของ SRB ในระดับทุติยภูมิสามารถนำไปสู่การเพิ่มจำนวนของ SOB ได้ในที่สุด Ramirez 等人13 报告了一个超过6 个月的海洋微生物生态系统中的三步转变(FeOB => SRB/IRB => SOB),其中二次富集SRB产生的硫化氢可能最终有助于SOB 的富集。Ramirez 等 人 13 报告 了 个 超过 超过 6 个 月 海洋 微生物 生态 系统 中 的 三 步 转变 转变 转变 转变转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 转变 r srb/IRB) ， 其中 次 富集 srb 产生 硫化氢 可能 最终 有助于 ร้องไห้ 的富集。 Ramirez et al.13 сообщили о трехступенчатом переходе (FeOB => SRB/IRB => SOB) в морской микробной экосистеме в течение 6 месяцев, в котором сероводород, образующийся в результате вторичного обогащения SRB, может в конечном итоге способствовать обогащению SOB. Ramirez et al.13 รายงานการเปลี่ยนแปลงสามขั้นตอน (FeOB => SRB/IRB => SOB) ในระบบนิเวศจุลินทรีย์ทางทะเลในช่วงระยะเวลา 6 เดือน โดยที่ไฮโดรเจนซัลไฟด์ที่ผลิตจากการเพิ่มจำนวนของ SRB อาจมีส่วนช่วยในการเพิ่มจำนวนของ SOB ในที่สุดMcBeth และ Emerson36 รายงานการสะสมหลักใน FeOB ในทำนองเดียวกัน ในการศึกษานี้พบว่ามีการสะสมของ FeOB ในช่วงเริ่มต้นของการกัดกร่อน แต่การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ที่สังเกตได้ในเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้า Cr 1% และ 2.25% และเหล็กหล่อในช่วง 22 เดือนนั้นเรียงลำดับดังนี้ FeOB => IRB = > SRB (รูปที่ 7 และ 8) ในทำนองเดียวกัน ในการศึกษานี้พบว่ามีการสะสมของ FeOB ในช่วงเริ่มต้นของการกัดกร่อน แต่การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์ที่เกิดขึ้นพร้อมกับการลุกลามของการกัดกร่อนที่สังเกตได้ในเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้า Cr 1% และ 2.25% และเหล็กหล่อในช่วง 22 เดือน คือ FeOB => IRB => SRB (รูปที่ 7 และ 8) Точно так же в этом исследовании наблюдается обогащение FeOB на ранней стадии коррозии, но микробные изменения по мере прогрессирования коррозии, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, представляют собой FeOB => IRB = > SRB (рис. 7 и 8) ในทำนองเดียวกัน ในการศึกษานี้ พบว่ามีการเพิ่มจำนวนของ FeOB ในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน แต่การเปลี่ยนแปลงของจุลินทรีย์เมื่อการกัดกร่อนดำเนินไป ซึ่งสังเกตได้ในเหล็กกล้าคาร์บอน เหล็กกล้า Cr 1% และ 2.25% และเหล็กหล่อในช่วง 22 เดือน คือ FeOB => IRB => SRB (ภาพที่ 7 และ 8)同样，在本研究中观察到早期腐蚀阶段FeOB 的富集，但在碳和1% 和2.25% Cr 钢以及超过22个月的铸铁中观察到的微生物随着腐蚀的进ส่วนขยาย而变化是FeOB => IRB => SRB（จิน7 และ 8）。同样 ， 在 本 研究 中 观察 早期 腐蚀 阶段 feob 的 富集 ， 但 碳 和 和 1% 和 2.25% Cr 钢 超过 22 个 的铸铁 中 到 的 微生物 腐蚀 的 进ส่วนขยาย 而 变化 FEOB => IRB => SRB（จิน7和8）。 Аналогичным образом, в этом исследовании наблюдалось обогащение FeOB на ранних стадиях коррозии, но микробиологические изменения, наблюдаемые в углеродистых и 1% и 2,25% Cr сталях и чугуне в течение 22 месяцев, были FeOB => IRB => SRB (ตุลาคม 7 и 8). ในทำนองเดียวกัน ในการศึกษานี้พบการสะสมของ FeOB ในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน แต่การเปลี่ยนแปลงทางจุลชีววิทยาที่สังเกตได้ในเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กกล้า Cr 1% และ 2.25% และเหล็กหล่อในช่วง 22 เดือน คือ FeOB => IRB => SRB (รูปที่ 7 และ 8)แบคทีเรียรีดิวซ์ซัลเฟต (SRB) สามารถสะสมตัวได้ง่ายในสภาพแวดล้อมน้ำทะเลเนื่องจากความเข้มข้นของไอออนซัลเฟตสูง แต่การเพิ่มจำนวนของแบคทีเรียเหล่านี้ในสภาพแวดล้อมน้ำจืดจะล่าช้าเนื่องจากความเข้มข้นของไอออนซัลเฟตต่ำ มีรายงานเกี่ยวกับการเพิ่มจำนวนของ SRB ในน้ำทะเลบ่อยครั้ง10,12,45
a. คาร์บอนอินทรีย์และไนโตรเจนผ่านกระบวนการเผาผลาญพลังงานที่ขึ้นอยู่กับ Fe(II) ออกไซด์ของเหล็ก (เซลล์สีแดง [Dechloromonas sp.] และสีเขียว [Sideroxydans sp.]) และแบคทีเรียที่ลด Fe(III) (เซลล์สีเทา [Geothrix sp. และ Geobacter sp.]) ในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน จากนั้นแบคทีเรียที่ลดซัลเฟตแบบไม่ใช้ออกซิเจน (SRP) และจุลินทรีย์เฮเทอโรโทรฟิกจะเข้ามาเสริมในระยะการกัดกร่อนที่สมบูรณ์โดยการบริโภคสารอินทรีย์ที่สะสมอยู่ b. การเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์บนโลหะที่ทนต่อการกัดกร่อน เซลล์สีม่วง สีน้ำเงิน สีเหลือง และสีขาว แทนแบคทีเรียจากวงศ์ Comamonadaceae, Nitrospira sp., Beggiatoacea และอื่นๆ ตามลำดับ
ในส่วนของการเปลี่ยนแปลงในชุมชนจุลินทรีย์และการเพิ่มจำนวนของแบคทีเรียรีดิวซ์ซัลเฟต (SRB) นั้น แบคทีเรียที่ออกซิไดซ์เหล็ก (FeOB) มีความสำคัญอย่างยิ่งในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน และ Dechloromonas สามารถได้รับพลังงานในการเจริญเติบโตจากการออกซิเดชันของ Fe(II) จุลินทรีย์สามารถอยู่รอดได้ในอาหารเลี้ยงเชื้อที่มีธาตุอาหารในปริมาณน้อย แต่จะไม่เจริญเติบโตแบบทวีคูณ อย่างไรก็ตาม บ่อจุ่มที่ใช้ในการศึกษานี้เป็นบ่อล้นที่มีอัตราการไหลเข้า 20 m³/h ซึ่งให้ธาตุอาหารในปริมาณน้อยที่มีไอออนอนินทรีย์อย่างต่อเนื่อง ในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน ไอออนเหล็กจะถูกปล่อยออกมาจากเหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กหล่อ และ FeOB (เช่น Dechloromonas) จะใช้ไอออนเหล่านี้เป็นแหล่งพลังงาน ธาตุคาร์บอน ฟอสเฟต และไนโตรเจนในปริมาณเล็กน้อยที่จำเป็นสำหรับการเจริญเติบโตของเซลล์จะต้องมีอยู่ในน้ำที่ใช้ในกระบวนการในรูปของสารอินทรีย์และอนินทรีย์ ดังนั้น ในสภาพแวดล้อมน้ำจืดนี้ FeOB จึงเพิ่มจำนวนขึ้นบนพื้นผิวโลหะ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอนและเหล็กหล่อ ในระยะแรก แบคทีเรียรีดิวซ์เหล็ก (IRB) สามารถเจริญเติบโตและใช้สารอินทรีย์และออกไซด์ของเหล็กเป็นแหล่งพลังงานและตัวรับอิเล็กตรอนตัวสุดท้ายตามลำดับ ในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนที่เจริญเต็มที่แล้ว สภาวะไร้ออกซิเจนที่อุดมไปด้วยไนโตรเจนควรเกิดขึ้นเนื่องจากกระบวนการเผาผลาญของ FeOB และ IRB ดังนั้น SRB จึงสามารถเจริญเติบโตและเข้ามาแทนที่ FeOB และ IRB ได้อย่างรวดเร็ว (รูปที่ 8a)
เมื่อเร็วๆ นี้ Tang และคณะได้รายงานการกัดกร่อนของเหล็กกล้าไร้สนิมโดย Geobacter ferroreducens ในสภาพแวดล้อมน้ำจืดเนื่องจากการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโดยตรงจากเหล็กไปยังจุลินทรีย์46 เมื่อพิจารณา EMIC การมีส่วนร่วมของจุลินทรีย์ที่มีคุณสมบัติ EET นั้นมีความสำคัญ SRB, FeOB และ IRB เป็นจุลินทรีย์หลักในผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนในการศึกษานี้ ซึ่งควรมีลักษณะ EET ดังนั้นจุลินทรีย์ที่ออกฤทธิ์ทางเคมีไฟฟ้าเหล่านี้สามารถมีส่วนร่วมในการกัดกร่อนผ่าน EET และองค์ประกอบของชุมชนของพวกมันจะเปลี่ยนแปลงภายใต้อิทธิพลของไอออนชนิดต่างๆ เมื่อผลิตภัณฑ์การกัดกร่อนเกิดขึ้น ในทางตรงกันข้าม ชุมชนจุลินทรีย์ในเหล็กที่มี Cr 9% แตกต่างจากเหล็กอื่นๆ (รูปที่ 8b) หลังจาก 14 เดือน นอกจากการเพิ่มจำนวนของ FeOB แล้ว ยังพบว่า Sideroxydans, SOB47Beggiatoacea และ Thiomonas เพิ่มจำนวนขึ้นด้วย (รูปที่ 7i) การเปลี่ยนแปลงนี้แตกต่างอย่างเห็นได้ชัดจากวัสดุที่กัดกร่อนอื่นๆ เช่น เหล็กกล้าคาร์บอน และอาจได้รับอิทธิพลจากไอออนที่อุดมด้วยโครเมียมที่ละลายในระหว่างการกัดกร่อน ที่น่าสังเกตคือ Thiomonas ไม่เพียงแต่มีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์กำมะถันเท่านั้น แต่ยังมีคุณสมบัติในการออกซิไดซ์ Fe(II) ระบบ EET และความทนทานต่อโลหะหนัก48,49 พวกมันสามารถเพิ่มจำนวนขึ้นได้เนื่องจากกิจกรรมออกซิเดชันของ Fe(II) และ/หรือการบริโภคอิเล็กตรอนของโลหะโดยตรง ในการศึกษาครั้งก่อน พบว่า Beggiatoacea มีปริมาณค่อนข้างสูงในไบโอฟิล์มบน Cu โดยใช้ระบบตรวจสอบไบโอฟิล์มแบบไม่ต่อเนื่อง ซึ่งบ่งชี้ว่าแบคทีเรียเหล่านี้อาจทนต่อโลหะที่เป็นพิษ เช่น Cu และ Cr อย่างไรก็ตาม แหล่งพลังงานที่ Beggiatoacea ต้องการในการเจริญเติบโตในสภาพแวดล้อมนี้ยังไม่เป็นที่ทราบแน่ชัด
งานวิจัยนี้รายงานการเปลี่ยนแปลงของชุมชนจุลินทรีย์ระหว่างการกัดกร่อนในสภาพแวดล้อมน้ำจืด ในสภาพแวดล้อมเดียวกัน ชุมชนจุลินทรีย์มีความแตกต่างกันตามชนิดของโลหะ นอกจากนี้ ผลลัพธ์ของเรายังยืนยันถึงความสำคัญของ FeOB ในระยะเริ่มต้นของการกัดกร่อน เนื่องจากกระบวนการเผาผลาญพลังงานของจุลินทรีย์ที่ขึ้นอยู่กับเหล็กส่งเสริมการก่อตัวของสภาพแวดล้อมที่อุดมไปด้วยสารอาหารซึ่งเอื้อต่อจุลินทรีย์อื่นๆ เช่น SRB เพื่อลดการกัดกร่อนที่เกิดจากจุลินทรีย์ (MIC) ในสภาพแวดล้อมน้ำจืด การเพิ่มจำนวนของ FeOB และ IRB จะต้องถูกจำกัด
ในการศึกษาครั้งนี้ใช้โลหะ 9 ชนิด โดยนำมาแปรรูปเป็นบล็อกขนาด 50 × 20 × 1–5 มม. (ความหนาสำหรับเหล็ก ASTM 395 และเหล็กที่มีโครเมียม 1%, 2.25% และ 9% คือ 5 มม.; ความหนาสำหรับ ASTM A283 และ ASTM A179 คือ 3 มม.); เหล็ก ASTM A109 Temper 4/5 และเหล็กกล้าไร้สนิม Type 304 และ 316 ความหนา: 1 มม.) โดยมีรูขนาด 4 มม. สองรู เหล็กที่มีโครเมียมถูกขัดด้วยกระดาษทราย และโลหะอื่นๆ ถูกขัดด้วยกระดาษทรายเบอร์ 600 ก่อนนำไปแช่ ตัวอย่างทั้งหมดถูกทำความสะอาดด้วยคลื่นเสียงอัลตราโซนิกในเอทานอล 99.5% จากนั้นทำให้แห้งและชั่งน้ำหนัก ใช้ตัวอย่างโลหะแต่ละชนิดจำนวน 10 ตัวอย่างสำหรับการคำนวณอัตราการกัดกร่อนและการวิเคราะห์จุลินทรีย์ ตัวอย่างแต่ละชิ้นถูกยึดในลักษณะคล้ายบันไดด้วยแท่ง PTFE และตัวเว้นระยะ (φ 5 × 30 มม., ภาพประกอบเพิ่มเติมที่ 2)
สระน้ำมีปริมาตร 1,100 ลูกบาศก์เมตร และความลึกประมาณ 4 เมตร อัตราการไหลของน้ำเข้าอยู่ที่ 20 ลูกบาศก์เมตรต่อชั่วโมง มีการระบายน้ำส่วนเกินออก และคุณภาพน้ำไม่ผันผวนตามฤดูกาล (ภาพประกอบเพิ่มเติมที่ 3) บันไดเก็บตัวอย่างถูกหย่อนลงบนลวดเหล็กยาว 3 เมตรที่แขวนอยู่ตรงกลางสระ บันไดสองชุดถูกนำออกจากสระน้ำที่ 1, 3, 6, 14 และ 22 เดือน ตัวอย่างจากบันไดชุดหนึ่งถูกนำไปใช้ในการวัดการสูญเสียน้ำหนักและคำนวณอัตราการกัดกร่อน ในขณะที่ตัวอย่างจากบันไดอีกชุดหนึ่งถูกนำไปใช้ในการวิเคราะห์จุลินทรีย์ ปริมาณออกซิเจนละลายในถังแช่ถูกวัดใกล้ผิวน้ำและก้นถัง รวมถึงตรงกลางถัง โดยใช้เซ็นเซอร์วัดออกซิเจนละลาย (InPro6860i, Mettler Toledo, Columbus, Ohio, USA)
ผลิตภัณฑ์จากการกัดกร่อนและไบโอฟิล์มบนตัวอย่างถูกกำจัดออกโดยการขูดด้วยที่ขูดพลาสติกหรือเช็ดด้วยสำลี แล้วทำความสะอาดในเอทานอล 99.5% โดยใช้เครื่องอัลตราโซนิก จากนั้นตัวอย่างถูกแช่ในสารละลายคลาร์กตามมาตรฐาน ASTM G1-0351 ตัวอย่างทั้งหมดถูกชั่งน้ำหนักหลังจากแห้งสนิท คำนวณอัตราการกัดกร่อน (มม./ปี) สำหรับแต่ละตัวอย่างโดยใช้สูตรต่อไปนี้:
โดยที่ K คือค่าคงที่ (8.76 × 104), T คือเวลาในการสัมผัส (ชั่วโมง), A คือพื้นที่ผิวทั้งหมด (cm2), W คือการสูญเสียมวล (กรัม), D คือความหนาแน่น (g cm–3)
หลังจากชั่งน้ำหนักตัวอย่างแล้ว ได้ทำการสร้างภาพสามมิติของตัวอย่างหลายชิ้นโดยใช้กล้องจุลทรรศน์เลเซอร์วัดสามมิติ (LEXT OLS4000, Olympus, โตเกียว, ญี่ปุ่น)