土壤厭氧氨氧化過程及其微生物機(jī)制

環(huán)境修復(fù)網(wǎng)訊:人們過去認(rèn)為反硝化過程是全球氮循環(huán)（圖1）中N2產(chǎn)生的唯一機(jī)制。

圖1土壤氮轉(zhuǎn)化過程

直到在廢水處理體系中發(fā)現(xiàn)了一種新型的生成氮?dú)獾奈⑸镞^程，它被稱為厭氧氨氧化(Anammox)過程。Anammox是在缺氧條件下將NH4+和NO2-直接反應(yīng)生成氮?dú)猓⑨尫诺酱髿庵械倪^程。

NH4++ NO2-→ N2+2H2O

參與厭氧氨氧化的菌稱為Anammox細(xì)菌（圖2），它是一種生長緩慢的厭氧微生物，它的倍增時(shí)間約為11天。

圖2 厭氧氨氧化細(xì)菌

目前，Anammox細(xì)菌只能通過富集培養(yǎng)的方式存在而不能得到分離的純培養(yǎng)體，人們最初認(rèn)定Anammox細(xì)菌是嚴(yán)格的自養(yǎng)微生物，是以亞硝酸鹽作為還原物將CO2固定生成硝酸鹽的過程：

圖3 硝酸鹽生成過程

然而，有些Anammox細(xì)菌(Anammoxaglobus，Brocadia，Kuenenia)具有更多的代謝方式，它們也可以通過異化硝酸鹽還原生成銨態(tài)氮氧化有機(jī)酸并且可以進(jìn)行厭氧的錳和鐵氧化。Anammox細(xì)菌在6-43℃之間是存在活性的，37℃下是其最佳的生存環(huán)境，但在最近的研究發(fā)現(xiàn)在溫度到達(dá)52℃的溫泉水中，也發(fā)現(xiàn)了Anammox過程，甚至是在85℃的深海熱泉中，Anammox過程依然存在。Anammox過程一般發(fā)現(xiàn)在6.7至8.3的pH范圍內(nèi)，pH為8是最佳，對于銨和亞硝酸鹽的底物親和性較高，親和力常數(shù)小于10 μM。在氧濃度> 0.5％時(shí)，Anammox活性會被抑制，但這種抑制是可逆的，當(dāng)亞硝酸鹽濃度高于20 mM時(shí)，Anammox活性被抑制且該抑制是不可逆地。

Anammox細(xì)菌是屬于浮霉菌門(Planctomycetes)的一類細(xì)菌，它是從水生環(huán)境中發(fā)現(xiàn)的，同時(shí)也是土壤微生物群落的重要組成部分。Anammox細(xì)菌在各種水生生態(tài)系統(tǒng)中的氧化還原過渡區(qū)具有很高的活性，對N2產(chǎn)生有顯著的貢獻(xiàn)。Anammox在廢水處理系統(tǒng)中NH4+的去除和水環(huán)境生態(tài)系統(tǒng)中N2的形成至關(guān)重要，近年來陸地生態(tài)系統(tǒng)中Anammox細(xì)菌的多樣性，豐度，分布和活性也不斷被報(bào)道。國際上關(guān)于Anammox反應(yīng)的研究主要為海洋生態(tài)系統(tǒng)且十分成熟，對淡水環(huán)境的研究主要集中于湖泊生態(tài)系統(tǒng)中，而農(nóng)業(yè)生態(tài)系統(tǒng)中則研究甚少，直到最近關(guān)于水稻土的Anammox過程的研究才剛剛起步。土壤厭氧氨氧化過程通常通過15N同位素示蹤法（圖3）來研究，研究發(fā)現(xiàn)施肥水稻土的Anammox過程可能占土壤氮素?fù)p失的4%-37%，值得重視。

厭氧氨氧化：

NH4++15NO2-→29N2+ 2 H2O(1)

反硝化反應(yīng)：

15NO3-→15NO2-→15NO →30N2O →30N2 (2)

本文涉及的相關(guān)研究受國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃

“長江下游農(nóng)業(yè)面源污染和重金屬污染防控技術(shù)示范”（2016CYFD0801100）資助！

浙江大學(xué)供稿

原標(biāo)題:土壤厭氧氨氧化過程及其微生物機(jī)制