成都生物所在垃圾填埋场甲烷氧化耦联反硝化研究中获进展

随着经济社会的不断发展，温室效应所引发的全球变暖和生态恶化已经成为威胁人类生存和发展的重大问题。甲烷是引起温室效应的一种重要气体，它引起的温室效应是同等质量二氧化碳的20-30倍，并且垃圾填埋场是甲烷的重要生物释放源之一，其每年甲烷排放总量为20-70Tg。由此可见，有效控制填埋场甲烷排放对抑制全球变暖具有十分重要的意义。与此同时，在具有渗滤液回灌的垃圾填埋场中，去除氨氮的同时，硝酸盐的浓度较高。已有研究表明，甲烷氧化可耦联反硝化进行同步的甲烷和硝酸盐污染去除。然而，对于填埋场中甲烷氧化能否耦联反硝化的微生物生化途径研究目前非常缺乏。

针对垃圾填埋场甲烷温室气体及渗滤液中硝酸盐污染，中国科学院成都生物研究所刘晓风课题组成员曹沁围绕垃圾填埋场中的甲烷氧化耦联反硝化开展了一系列研究。甲烷氧化耦联反硝化在不同的氧浓度下会通过不同的微生物协作，以不同的反应路径来完成。为了对这些协作微生物进行研究，并且探究其协作机理，首先，对垃圾填埋场不同深度进行采样接种至渗滤床生物反应器中，构建微氧和缺氧两个系统。通入甲烷并增加硝酸盐负荷，富集功能微生物，并研究其甲烷氧化和硝酸盐去除的效率。其次，将富集物接种至血清瓶中进行批试研究，计算其碳氮平衡，推导不同系统中的化学反应公式。结合高通量测序对功能微生物的分析得出，甲烷氧化菌（Methylobacter and Methylomonas）在微氧系统中，利用氧气作为电子受体氧化甲烷，释放出胞外有机物，并且该类胞外有机物被反硝化细菌（Methylophilaceae）利用完成反硝化作用。而在缺氧系统中，甲烷氧化菌可以直接利用硝酸盐作为电子最终受体氧化甲烷，同时实现硝酸盐的还原，还原最终产物多数为氧化亚氮。该耦合反应的研究不仅扩展了填埋场中碳、氮循环的路径，并且对填埋气和渗滤液共同处理提供了新的思路和理论基础。

该研究得到国家自然科学基金（51478448）、应用与环境微生物中心重点实验室开放基金（KLCAS-2017-9）等的支持。相关科研成果Methane oxidation coupled to denitrification under microaerobic and hypoxic conditions in leach bed bioreactors 发表在Science of the Total Environment期刊上。