Feammox在生態系統中的發展

王 倩，李 杰

(蘭州交通大學 環境與市政工程學院，甘肅 蘭州 730070)

1 引言

2 Feammox體系中反應機理的探索

圖1 Fe(Ⅲ)還原耦合于氧化和厭氧氨氧化過程(本圖引自文獻[10])

3 鐵元素對Feammox的影響

3.1 Fe(Ⅲ)含量

3.2 鐵還原菌豐度

作為一種典型的異化鐵還原微生物，鐵還原菌能利用各種電子供體在細胞外將Fe(Ⅲ)還原[5,19]。2015年，Li等[4]；2016年，Zhou等[20]的研究中均指出鐵氨氧化效率與鐵還原菌的豐度顯著相關。同年，Peng等[21]通過測定4種不同土壤性質的鐵還原菌的組成，發現優勢類群(即占全部序列大于等于5%)為變形桿菌類；且在屬水平上，具有較好的代表性的鐵還原菌為布氏桿菌屬、假單胞菌屬、伯克霍爾德氏菌屬、營養狹小單細胞菌屬和孢子菌屬。丁幫璟[15]等在河岸帶4個土壤層中均發現地桿菌屬(Geobacter)和厭氧黏細菌(Anaeromyxobacter)。且在5～10cm的土壤層，鐵還原菌(Geobacter和Anaeromyxobacter)的豐度明顯高于其它厚度的土壤層，而其鐵氨氧化速率也顯著高于其它土壤層，這表明鐵還原菌的豐度與鐵氨氧化速率呈顯著相關關系。

4 Feammox在生態系統中的發展

4.1 Feammox在水稻土中的發展

2014年，朱永官等[3]在稻田土壤中首次發現了鐵氨氧化過程的存在，且主要產物為N2，并估算出該過程流失的氮約占3.9%～31.0%的施用氨肥量。隨后在2015年，朱永官等[22]通過研究對稻田土壤進行長期施氮帶來的異化鐵還原微生物的影響，發現氮肥的長期實施能促進水稻土中Fe(Ⅲ)的還原和氮素的流失，這說明了氮肥的實施促進了水稻田鐵氨氧化反應的進行，進而使氮素在水稻田中得到有效利用。2019年，易博等[17]基于鐵氨氧化反應速率進行探究，發現不施肥土壤中鐵氨氧化過程造成的氮素流失比施肥土壤中的氮素流失大約多出5倍。2021年，丁幫璟團隊[23]從鐵氨氧化與傳統的氮素流失過程(包括反硝化和厭氧氨氧化)進行探究，發現在20～40 cm的稻田土層中，鐵氨氧化造成的氮損失高達26.1%，這為水稻土中的氮素循環做出了極大貢獻。

4.2 Feammox在河岸帶中的發展

4.3 Feammox在濕地中的發展

5 結論與展望

鐵氨氧化反應過程實現了鐵和氮兩大循環的耦合，具有十分重大的意義。鐵氨氧化的首次發現更是促進和推動了微生物主要介導的鐵、氮循環的研究，為我們理解地表氮損失提供了新思路，并逐漸成為全球氮循環研究必不可少的一個組成部分。但由于它在對微生物的研究上進展較晚，缺乏對特定微生物作用機理的研究。因此，在研究原理和方式上，很難與穩定同位素探針技術或高通量測序等常見手段相結合進行縱向探究，存在著一定的局限性。此外，已有研究表明，增加鐵濃度可以提高Feammox菌的豐度，但大多都是基于其在土壤環境中的研究，而對廢水環境中Feammox菌的富集研究甚少，今后應更多關注廢水環境中Feammox菌的富集。最后，如何從微觀尺度出發，探究鐵氨氧化在生態系統中的作用，還需要物理、化學、微生物等多種學科的交叉研究。