土壤厭氧氨氧化過程及其微生物機制

北極星環境修復網訊:人們過去認為反硝化過程是全球氮循環（圖1）中N₂產生的唯一機制。

圖1土壤氮轉化過程

直到在廢水處理體系中發現了一種新型的生成氮氣的微生物過程，它被稱為厭氧氨氧化(Anammox)過程。Anammox是在缺氧條件下將NH₄⁺和NO₂^-直接反應生成氮氣，並釋放到大氣中的過程。

NH₄⁺+ NO₂^-→ N₂+2H₂O

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

圖2 厭氧氨氧化細菌

目前，Anammox細菌只能通過富集培養的方式存在而不能得到分離的純培養體，人們最初認定Anammox細菌是嚴格的自養微生物，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氮氧化有機酸並且可以進行厭氧的錳和鐵氧化。Anammox細菌在6-43℃之間是存在活性的，37℃下是其最佳的生存環境，但在最近的研究發現在溫度到達52℃的溫泉水中，也發現了Anammox過程，甚至是在85℃的深海熱泉中，Anammox過程依然存在。Anammox過程一般發現在6.7至8.3的pH範圍內，pH為8是最佳，對於銨和亞硝酸鹽的底物親和性較高，親和力常數小於10 μM。在氧濃度> 0.5％時，Anammox活性會被抑制，但這種抑制是可逆的，當亞硝酸鹽濃度高於20 mM時，Anammox活性被抑制且該抑制是不可逆地。

Anammox細菌是屬於浮黴菌門(Planctomycetes)的一類細菌，它是從水生環境中發現的，同時也是土壤微生物群落的重要組成部分。Anammox細菌在各種水生生態系統中的氧化還原過渡區具有很高的活性，對N2產生有顯著的貢獻。Anammox在廢水處理系統中NH4+的去除和水環境生態系統中N₂的形成至關重要，近年來陸地生態系統中Anammox細菌的多樣性，豐度，分布和活性也不斷被報導。國際上關於Anammox反應的研究主要為海洋生態系統且十分成熟，對淡水環境的研究主要集中於湖泊生態系統中，而農業生態系統中則研究甚少，直到最近關於水稻土的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，研究發現施肥水稻土的Anammox過程可能佔土壤氮素損失的4%-37%，值得重視。

厭氧氨氧化：

NH₄⁺+¹⁵NO₂^-→²⁹N₂+ 2 H₂O(1)

反硝化反應：

¹⁵NO₃^-→¹⁵NO₂^-→¹⁵NO →³⁰N₂O →³⁰N₂ (2)

本文涉及的相關研究受國家重點研發計劃

「長江下遊農業面源汙染和重金屬汙染防控技術示範」（2016CYFD0801100）資助！

浙江大學供稿

北極星環保網聲明：此資訊系轉載自北極星環保網合作媒體或網際網路其它網站，北極星環保網登載此文出於傳遞更多信息之目的，並不意味著贊同其觀點或證實其描述。文章內容僅供參考。