富营养化这一全球性水环境问题在我国尤为严重，脱氮是解决富营养化的关键之一。虽然具有经济、高效等优势的厌氧氨氧化（anammox）脱氮已广泛应用于污水处理，但在湖泊富营养化控制中还鲜见报道，主要制约在于从湖泊富集anammox菌仍具很大挑战，其在湖泊中与其他微生物的互作脱氮机制不清楚。本研究聚焦富营养化湖泊脱氮热区——沉积物界面anammox与反硝化的脱氮过程，以典型富营养化湖泊（武汉东湖）为对象，利用不同营养水平湖区沉积物在反应器对anammox进行了371天的富集培养和动态监测，结合脱氮功能基因、宏基因组和酶活分析，以及同位素示踪等手段，以期揭示富营养化水体anammox和反硝化菌脱氮过程的互作和耦合机制。

研究结果表明，富集系统对NH₄⁺和NO₂^-的最大去除率分别达到86%和95%；anammox和反硝化菌的多样性在整个富集过程中显著下降，anammox优势菌为Candidatus Jettenia。反硝化菌Thauera和Afipia属在富集过程中丰度变化显著。而且，anammox与反硝化菌的协同作用增加了微生物群落的稳定性，anammox与反硝化菌之间的潜在耦合关系随着富集时间逐渐形成。在富集过程中，nirS型反硝化菌与anammox菌的耦合关系比nirK型反硝化菌强。宏基因组学分析的结果进一步证实了anammox与反硝化之间的生态互作。代谢模型显示，丰度高的反硝化菌可为anammox菌提供氨基酸、辅酶因子、维生素等；anammox和反硝化菌之间的耦合模式表明微生物互作对于促进富营养化湖泊anammox富集尤为重要。本研究不仅拓展了对富营养化湖泊沉积物anammox富集过程anammox与反硝化菌耦合机制的认知，而且为富营养化湖泊脱氮提供了新的思路。