硫酸盐还原菌与产甲烷古菌协同作用对碳钢腐蚀的增效机制研究

微生物腐蚀(MIC)是油气工业中金属材料失效的主要原因之一。针对SRB(硫酸盐还原菌)和MA(产甲烷古菌)单独作用机制明确但协同效应未知的问题，研究人员通过失重实验、电化学测试和宏基因组分析，首次发现SRB+MA混合组腐蚀失重达16.05 mg/cm2，是SRB单独作用的8.64倍。该研究为复杂微生物群落引起的金属腐蚀防护提供了新见解。

　　

在油气管道和海洋装备中，碳钢的微生物腐蚀(Microbiologically Influenced Corrosion, MIC)每年造成全球约20%的腐蚀损失。其中硫酸盐还原菌(Sulfate-Rducing Bacteria, SRB)和产甲烷古菌(Methanogenic Archaea, MA)是两种最典型的腐蚀微生物，但自然界中它们往往共存形成复杂群落。传统研究多聚焦单一菌种作用，而对SRB与MA的协同腐蚀机制认识不足，这严重制约了复杂微生物环境下金属防护策略的开发。

针对这一科学难题，中国的研究团队在《Bioelectrochemistry》发表论文，通过失重测试、电化学阻抗谱、扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)和宏基因组测序等技术，系统研究了Q235A碳钢在SRB、MA单独及混合培养条件下的腐蚀行为。研究发现SRB+MA混合组15天腐蚀失重达16.05 mg/cm²，显著高于SRB组(1.86 mg/cm²)和MA组(10.14 mg/cm²)，首次证实两者存在1.58倍的协同增效作用。

【材料与样本】
实验采用元素组成为C 1.60%、Mn 0.21%的Q235A碳钢，分别制备5mm×5mm×1mm(失重实验)和15mm×15mm×1mm(电化学测试)试样。

【失重结果与腐蚀过程动态监测】
腐蚀动力学显示：初期(0-7天)MA组腐蚀速率最高，后期(8-15天)SRB+MA组速率激增。最终混合组腐蚀产物中FeS含量显著增加，表明SRB代谢产物为MA提供了电子传递介质。

【腐蚀过程热力学分析】
通过Nernst方程计算表明：
Fe → Fe²⁺ + 2e^- (E_e1=-0.447V)
2H⁺ + 2e^- → H₂ (E_e2=-0.059pH)
混合组中SRB通过生物催化硫酸盐还原(BCSR)消耗H₂，MA则利用Fe⁰直接获取电子，形成双向电子传递网络。

【结论】
该研究揭示在碳源匮乏环境下：

1. SRB与MA通过代谢互作形成"SRB产硫-MA耗氢"的共生关系；
2. 混合生物膜促进FeS等腐蚀产物堆积；
3. 双向电子转移使腐蚀电流提升8倍。

这项研究为理解复杂微生物群落的腐蚀机制提供了新范式，对开发油气管道多菌种协同腐蚀的防控技术具有重要指导价值。国家自然科学基金(42077030)和福建省自然科学基金(2021J01023)为本研究提供了支持。