自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展

第３１卷第４期２０１８年４月环境科学研究ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓＶｏｌ.３１ꎬＮｏ.４Ａｐｒ.ꎬ２０１８收稿日期:２０１７￣０７￣３１修订日期:２０１８￣０２￣０６作者简介:王宁宁(１９９３￣)ꎬ女ꎬ山东临沂人ꎬｗａｎｇｎｉｎｇｎｉｎｇ１２１１＠１６３.ｃｏｍ.∗责任作者ꎬ薛冬梅(１９８１￣)ꎬ女ꎬ山东济阳人ꎬ副研究员ꎬ博士ꎬ主要从事人类活动对地表水体以及近海河口等污染机理以及未来发展趋势研究ꎬｘｕｅｄｏｎｇｍｅｉｘｄｍ＠１２６.ｃｏｍ基金项目:国家自然科学基金项目(Ｎｏ.４１２０３００１)ꎻ天津市高等学校“创新团队培养计划”(Ｎｏ.ＴＤ１２￣５０３７)ꎻ天津市自然科学基金项目(Ｎｏ.１５ＪＣＹＢＪＣ４９２００)ＳｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ(Ｎｏ.４１２０３００１)ꎻ‘ＩｎｎｏｖａｔｉｏｎｔｅａｍｔｒａｉｎｉｎｇＰｌａｎ’ｉｎＴｉａｎｊｉｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＣｈｉｎａ(Ｎｏ.ＴＤ１２￣５０３７)ꎻＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎＰｒｏｊｅｃｔｏｆＴｉａｎｊｉｎꎬＣｈｉｎａ(Ｎｏ.１５ＪＣＹＢＪＣ４９２００)王宁宁ꎬ薛冬梅ꎬ王义东ꎬ等.自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展[Ｊ].环境科学研究ꎬ２０１８ꎬ３１(４):６１６￣６２７.ＷＡＮＧＮｉｎｇｎｉｎｇꎬＸＵＥＤｏｎｇｍｅｉꎬＷＡＮＧＹｉｄｏｎｇꎬｅｔａｌ.Ａｒｅｖｉｅｗｏｆａｎａｍｍｏｘ￣ｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎｃｏｕｐｌｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓｉｎａｎａｔｕｒａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍ[Ｊ].ＲｅｓｅａｒｃｈｏｆＥｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔａｌＳｃｉｅｎｃｅｓꎬ２０１８ꎬ３１(４):６１６￣６２７.自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展王宁宁１ꎬ薛冬梅１∗ꎬ王义东１ꎬ王中良１ꎬ２１.天津师范大学ꎬ天津市水资源与水环境重点实验室ꎬ天津３００３８７２.中国科学院地球化学研究所ꎬ环境地球化学国家重点实验室ꎬ贵州贵阳５５０００２摘要:厌氧氨氧化和反硝化反应是氮循环系统的两个关键环节ꎬ它们对平衡整个生态系统氮的收支、改善水体氮的污染、减少温室气体的排放均具有重要意义.在阐述厌氧氨氧化和反硝化生物反应及微生物学机理的基础上ꎬ着重综述了二者在水生和陆地两个生态系统中的耦合反应:①探讨了厌氧氨氧化和反硝化反应在不同环境背景下发生的介质及Ｎ２的产生速率和贡献比率ꎬ发现水生生态系统中厌氧氨氧化对Ｎ２产生的贡献率相对陆地生态系统占有较大比重.②分析了调控厌氧氨氧化和反硝化反应的细菌群落和功能基因ꎬ反应系统占主导的微生物种类随环境发生变化ꎬ其中厌氧氨氧化菌Ｃａｎｄｉｄａｔｕｓｂｒｏｃａｄｉａ作为主导细菌出现频率较高.③二者耦合过程中的影响因素包括环境因素与底物因素.其中ꎬ环境因素中厌氧氨氧化与反硝化耦合的最适ｐＨ为６第４期王宁宁等:自然生态系统中厌氧氨氧化和反硝化耦合反应研究进展ｂｅｓｔｕｄｉｅｄａｔｐｒｅｓｅｎｔ.Ｉｔｓｈｏｕｌｄａｌｓｏｄｅｅｐｅｎｔｈｅｒｅｓｐｏｎｓｅｔｏｔｈｅｔｈｅｏｒｅｔｉｃａｌａｎｄｐｒａｃｔｉｃａｌｓｔｕｄｙｏｎｒｅｌａｔｉｏｎｓｈｉｐｓｂｅｔｗｅｅｎｔｈｅｒａｔｅｓｏｆａｎａｍｍｏｘａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎ.Ｍｏｒｅｏｖｅｒꎬｉｎｐｒａｃｔｉｃｅꎬｏｎｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｇｒｏｗｔｈｏｆａｎａｍｍｏｘｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａꎬａｎｄｄｅｔｅｒｍｉｎｉｎｇｔｈｅｏｐｔｉｍｕｍｇｒｏｗｔｈｏｆａｎａｅｒｏｂｉｃａｍｍｏｎｉａ￣ｏｘｉｄｉｚｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａａｎｄｄｅｎｉｔｒｉｆｙｉｎｇｂａｃｔｅｒｉａꎬａｍａｔｈｅｍａｔｉｃａｌｍｏｄｅｌｏｆｃｏｕｐｌｉｎｇｓｙｓｔｅｍｔｈｅｏｒｙｓｈｏｕｌｄｂｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄｔｏｑｕａｎｔｉｆｙｔｈｅｃｏｕｐｌｉｎｇｅｆｆｅｃｔｏｆｔｗｏｋｉｎｄｓｏｆｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍｉｃｒｏｏｒｇａｎｉｓｍｓ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ａｎａｍｍｏｘꎻｄｅｎｉｔｒｉｆｉｃａｔｉｏｎꎻｃｏｕｐｌｉｎｇꎻａｑｕａｔｉｃｅｃｏｓｙｓｔｅｍꎻｔｅｒｒｅｓｔｒｉａｌｅｃｏｓｙｓｔｅｍ随着无机氮污染现象日趋严重ꎬ氮的去除亦引起研究者的广泛关注ꎬ而如何快速且有效地去除氮成为了国内外研究的热点问题之一.自然界中能够有效去除无机氮产生Ｎ２过程主要以反硝化作用和厌氧氨氧化为主.反硝化作用一般是指反硝化细菌在厌氧或缺氧的环境下ꎬ氧化有机物作为能量来源ꎬ以ＮＯ３－或ＮＯ２－为无氧呼吸的电子受体而实现无机氮去除的过程[１].它是氮的生物地球化学循环中的一个关键环节ꎬ对生态系统中氮含量的平衡起着决定性的作用[２].厌氧氨氧化是指在厌氧或