Feammox在生态系统中的发展

王 倩，李 杰

(兰州交通大学 环境与市政工程学院，甘肃 兰州 730070)

1 引言

2 Feammox体系中反应机理的探索

图1 Fe(Ⅲ)还原耦合于氧化和厌氧氨氧化过程(本图引自文献[10])

3 铁元素对Feammox的影响

3.1 Fe(Ⅲ)含量

3.2 铁还原菌丰度

作为一种典型的异化铁还原微生物，铁还原菌能利用各种电子供体在细胞外将Fe(Ⅲ)还原[5,19]。2015年，Li等[4]；2016年，Zhou等[20]的研究中均指出铁氨氧化效率与铁还原菌的丰度显著相关。同年，Peng等[21]通过测定4种不同土壤性质的铁还原菌的组成，发现优势类群(即占全部序列大于等于5%)为变形杆菌类；且在属水平上，具有较好的代表性的铁还原菌为布氏杆菌属、假单胞菌属、伯克霍尔德氏菌属、营养狭小单细胞菌属和孢子菌属。丁帮璟[15]等在河岸带4个土壤层中均发现地杆菌属(Geobacter)和厌氧黏细菌(Anaeromyxobacter)。且在5～10cm的土壤层，铁还原菌(Geobacter和Anaeromyxobacter)的丰度明显高于其它厚度的土壤层，而其铁氨氧化速率也显著高于其它土壤层，这表明铁还原菌的丰度与铁氨氧化速率呈显著相关关系。

4 Feammox在生态系统中的发展

4.1 Feammox在水稻土中的发展

2014年，朱永官等[3]在稻田土壤中首次发现了铁氨氧化过程的存在，且主要产物为N2，并估算出该过程流失的氮约占3.9%～31.0%的施用氨肥量。随后在2015年，朱永官等[22]通过研究对稻田土壤进行长期施氮带来的异化铁还原微生物的影响，发现氮肥的长期实施能促进水稻土中Fe(Ⅲ)的还原和氮素的流失，这说明了氮肥的实施促进了水稻田铁氨氧化反应的进行，进而使氮素在水稻田中得到有效利用。2019年，易博等[17]基于铁氨氧化反应速率进行探究，发现不施肥土壤中铁氨氧化过程造成的氮素流失比施肥土壤中的氮素流失大约多出5倍。2021年，丁帮璟团队[23]从铁氨氧化与传统的氮素流失过程(包括反硝化和厌氧氨氧化)进行探究，发现在20～40 cm的稻田土层中，铁氨氧化造成的氮损失高达26.1%，这为水稻土中的氮素循环做出了极大贡献。

4.2 Feammox在河岸带中的发展

4.3 Feammox在湿地中的发展

5 结论与展望

铁氨氧化反应过程实现了铁和氮两大循环的耦合，具有十分重大的意义。铁氨氧化的首次发现更是促进和推动了微生物主要介导的铁、氮循环的研究，为我们理解地表氮损失提供了新思路，并逐渐成为全球氮循环研究必不可少的一个组成部分。但由于它在对微生物的研究上进展较晚，缺乏对特定微生物作用机理的研究。因此，在研究原理和方式上，很难与稳定同位素探针技术或高通量测序等常见手段相结合进行纵向探究，存在着一定的局限性。此外，已有研究表明，增加铁浓度可以提高Feammox菌的丰度，但大多都是基于其在土壤环境中的研究，而对废水环境中Feammox菌的富集研究甚少，今后应更多关注废水环境中Feammox菌的富集。最后，如何从微观尺度出发，探究铁氨氧化在生态系统中的作用，还需要物理、化学、微生物等多种学科的交叉研究。