隨著經濟社會的不斷發展，溫室效應所引發的全球變暖和生態惡化已經成為威脅人類生存和發展的重大問題。甲烷是引起溫室效應的一種重要氣體，它引起的溫室效應是同等質量二氧化碳的20-30倍，并且垃圾填埋場是甲烷的重要生物釋放源之一，其每年甲烷排放總量為20-70Tg。由此可見，有效控制填埋場甲烷排放對抑制全球變暖具有十分重要的意義。與此同時，在具有滲濾液回灌的垃圾填埋場中，去除氨氮的同時，硝酸鹽的濃度較高。已有研究表明，甲烷氧化可耦聯反硝化進行同步的甲烷和硝酸鹽污染去除。然而，對于填埋場中甲烷氧化能否耦聯反硝化的微生物生化途徑研究目前非常缺乏。
針對垃圾填埋場甲烷溫室氣體及滲濾液中硝酸鹽污染，成都生物研究所劉曉風課題組成員曹沁圍繞垃圾填埋場中的甲烷氧化耦聯反硝化開展了一系列研究。甲烷氧化耦聯反硝化在不同的氧濃度下會通過不同的微生物協作，以不同的反應路徑來完成。為了對這些協作微生物進行研究，并且探究其協作機理，首先，對垃圾填埋場不同深度進行采樣接種至滲濾床生物反應器中，構建微氧和缺氧兩個系統。通入甲烷并增加硝酸鹽負荷，富集功能微生物，并研究其甲烷氧化和硝酸鹽去除的效率。其次，將富集物接種至血清瓶中進行批試研究，計算其碳氮平衡，推導不同系統中的化學反應公式。結合高通量測序對功能微生物的分析得出，甲烷氧化菌（Methylobacter and Methylomonas）在微氧系統中，利用氧氣作為電子受體氧化甲烷，釋放出胞外有機物，并且該類胞外有機物被反硝化細菌（Methylophilaceae）利用完成反硝化作用。而在缺氧系統中，甲烷氧化菌可以直接利用硝酸鹽作為電子最終受體氧化甲烷，同時實現硝酸鹽的還原，還原最終產物多數為氧化亞氮。該耦合反應的研究不僅擴展了填埋場中碳、氮循環的路徑，并且對填埋氣和滲濾液共同處理提供了新的思路和理論基礎。
本研究得到了國家自然科學基金（51478448）、應用與環境微生物中心重點實驗室開放基金（KLCAS-2017-9）等的支持。相關科研成果“Methane oxidation coupled to denitrification under microaerobic and hypoxic conditions in leach bed bioreactors”發表在Science of the Total Environment 期刊上。