Isotopic fractionation factors against 15N and 18O during anammox (anaerobic ammonia oxidization by nitrite) are critical for evaluating the importance of this process in natural environments. We performed batch incubation experiments with an anammox-dominated biomass to investigate nitrogen (N) and oxygen (O) isotopic fractionation factors during anammox and also examined apparent isotope fractionation factors during anammox in an actual wastewater treatment plant. We conducted one incubation experiment with high δ18O of water to investigate the effects of water δ18O. The N isotopic fractionation factors estimated from incubation experiments and the wastewater treatment plant were similar to previous values. We also found that the N isotopic effect (15εNXR of –77.8 to –65.9‰ and 15ΔNXR of –31.3 to –30.4‰) and possibly O isotopic effect (18εNXR of –20.6‰) for anaerobic nitrite oxidation to nitrate were inverse. We applied the estimated isotopic fractionation factors to the ordinary differential equation model to clarify whether anammox induces deviations in the δ18O vs δ15N of nitrate from a linear trajectory of 1, similar to heterotrophic denitrification. Although this deviation has been attributed to nitrite oxidation, the O isotopic fractionation factor for anammox is crucial for obtaining a more detailed understanding of the mechanisms controlling this deviation. In our model, anammox induced the trajectory of the δ18O vs δ15N of nitrate during denitrification to less than one, which strongly indicates that this deviation is evidence of nitrite oxidation by anammox under denitrifying conditions.

中文翻译：

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实验室和污水处理厂厌氧氨氧化过程中氮化合物的氮氧同位素特征

在厌氧氨氧化（亚硝酸盐厌氧氨氧化）过程中，针对 15N 和 18O 的同位素分馏因子对于评估该过程在自然环境中的重要性至关重要。我们用厌氧氨氧化占主导的生物质进行了批量孵化实验，以研究厌氧氨氧化过程中的氮 (N) 和氧 (O) 同位素分馏因子，并在实际废水处理厂中检查了厌氧氨氧化过程中的表观同位素分馏因子。我们用高 δ18O 水进行了一项孵化实验，以研究水 δ18O 的影响。从孵化实验和废水处理厂估计的 N 同位素分馏因子与以前的值相似。我们还发现 N 同位素效应（15εNXR 为 –77.8 至 –65.9‰，15ΔNXR 为 –31.3 至 –30。4‰) 和可能的 O 同位素效应（18εNXR 为 –20.6‰）对厌氧亚硝酸盐氧化为硝酸盐是相反的。我们将估计的同位素分馏因子应用于常微分方程模型，以阐明厌氧氨氧化是否会导致硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 偏离线性轨迹 1，类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。6‰)对于厌氧亚硝酸盐氧化成硝酸盐是相反的。我们将估计的同位素分馏因子应用于常微分方程模型，以阐明厌氧氨氧化是否会导致硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 偏离线性轨迹 1，类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。6‰)对于厌氧亚硝酸盐氧化成硝酸盐是相反的。我们将估计的同位素分馏因子应用于常微分方程模型，以阐明厌氧氨氧化是否会导致硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 偏离线性轨迹 1，类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。我们将估计的同位素分馏因子应用于常微分方程模型，以阐明厌氧氨氧化是否会导致硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 偏离线性轨迹 1，类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。我们将估计的同位素分馏因子应用于常微分方程模型，以阐明厌氧氨氧化是否会导致硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 偏离线性轨迹 1，类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。类似于异养反硝化。尽管这种偏差归因于亚硝酸盐氧化，但厌氧氨氧化的 O 同位素分馏因子对于更详细地了解控制这种偏差的机制至关重要。在我们的模型中，厌氧氨氧化在反硝化过程中将硝酸盐的 δ18O 与 δ15N 的轨迹诱导为小于 1，这强烈表明这种偏差是反硝化条件下厌氧氨氧化亚硝酸盐氧化的证据。