天然生物地球电池效应、形成机制及生态学意义

摘要

天然生物地球电池(biogeobattery)是一种发生在地球表层氧化-还原界面的自然现象,是微生物在厌氧区域氧化有机碳、硫化物等电子供体,产生的电子经胞外介体“长距离”传输至好氧区,从而与空间上隔离的氧气等电子受体发生还原反应的过程.由于生物电流的偶联,使得过去认为因空间隔离而难以发生的氧化-还原反应,可以快速、即时的进行.Biogeobattery的科学本质是:通过微生物驱动电子流动,偶联空间上隔离的生物地球化学过程.Biogeobattery可能容易发生在有机物丰富、具备氧化-还原界面的生境,如海底沉积物环境、有机物污染区域等;它对于有机物厌氧矿化、温室气体排放、C/N/S等元素地球化学循环、污染物自然恢复等关键生物地球化学过程有重要影响,具有重大生态学意义,正成为地球科学、微生物学及生态学共同关注的国际前沿和热点.从“人工”biogeobattery(沉积物微生物燃料电池)入手,阐述了biogeobattery效应及其形成机制,从电池的电势、阴极-阳极响应关系、传导介质等方面详细介绍其研究方法,论述了biogeobattery的生态学意义,展望了研究重点.