密度依赖模型下间接反馈与生物量抑制的稳定性研究：厌氧消化过程中微生物互作机制解析

来自某研究团队（作者单位未明确）的科学家们针对厌氧消化过程中微生物群落的动态稳定性展开研究，通过构建含间接反馈环的四维非线性微分方程模型，聚焦产乙酸菌（acetogenic bacteria）与氢营养型产甲烷菌（hydrogenotrophic methanogens）的互作机制。研究发现，在强抑制条件下高浓度挥发性脂肪酸（VFA）可引发阻尼振荡并最终稳定于共存平衡态，修正了Di和Yang（2019）的结论，为复杂微生物系统的调控提供了理论依据。

　　

这项研究通过数学建模与数值模拟，深入探究了厌氧消化（anaerobic digestion）关键阶段——产乙酸（acetogenesis）和氢营养型产甲烷（hydrogenotrophic methanogenesis）的动力学行为。模型巧妙捕捉了两类微生物（产乙酸菌与氢营养型产甲烷菌）和两种底物（挥发性脂肪酸VFA和氢气H₂
）的复杂互作，特别关注了产甲烷菌对产乙酸菌生长的抑制效应（biomass inhibition）。

研究团队采用非单调生长函数族，严格证明了系统稳态存在性与稳定性的充要条件，并绘制了基于底物进口浓度和稀释率（dilution rate）的操作图谱。数值模拟揭示了一个有趣现象：当VFA浓度较高且抑制强度足够时，微生物群落会出现逐渐衰减的振荡（damped oscillations），最终稳定在正平衡态——这一发现挑战了Di和Yang团队2019年发表于JRSI的结论。

这些结果不仅阐明了间接反馈环（indirect feedback loop）下生态系统的自我调节能力，更为优化生物能源生产中的微生物群落稳定性提供了新见解。产甲烷菌的抑制效应如同"微生物刹车"，在特定条件下反而能促进系统回归平衡，展现出生命系统精妙的动态平衡机制。