Anaerobic ammonium oxidation coupled with nitrite reduction is an important microbial pathway of nitrogen removal in intertidal wetlands. However, little is known about the role of anaerobic ammonium oxidation coupled with ferric iron reduction (termed Feammox) in intertidal nitrogen cycling. In this study, sediment slurry incubation experiments were combined with an isotope-tracing technique to examine the dynamics of Feammox and its association with tidal fluctuations in the intertidal wetland of the Yangtze Estuary. Feammox was detected in the intertidal wetland sediments, with potential rates of 0.24–0.36 mg N kg–1 d–1. The Feammox rates in the sediments were generally higher during spring tides than during neap tides. The tidal fluctuations affected the growth of iron-reducing bacteria and reduction of ferric iron, which mediated Feammox activity and the associated nitrogen loss from intertidal wetlands to the atmosphere. An estimated loss of 11.5–18 t N km–2 year–1 was linked to Feammox, accounting for approximately 3.1–4.9% of the total external inorganic nitrogen transported into the Yangtze Estuary wetland each year. Overall, the co-occurrence of ferric iron reduction and ammonium oxidation suggests that Feammox can act as an ammonium removal mechanism in intertidal wetlands.

Invasive Spartina alterniflora has significant impacts on sediment carbon pool and turnover in the tidal wetlands of estuaries and coasts. Yet, how this exotic S. alterniflora affects sediment organic carbon mineralization dynamics remains poorly understood. In this study, sediment geochemical properties, organic carbon fractions, and mineralization dynamics were examined in a native Cyperus malaccensis habitat and three invasive S. alterniflora habitats (6-, 10-, and 14-year-old) in summer and winter. We found that invasive S. alterniflora generally increased sediment total organic carbon and their labile fraction contents. The organic carbon mineralization rates and cumulative carbon mineralization amounts were significantly influenced by invasive S. alterniflora , and their values increased with this exotic plant invasion chronosequences. The mineralization rates and cumulative mineralization amounts were also characterized by higher values in surface sediment (0 – 10 cm depth) compared to subsurface sediment (10 – 20 cm depth) and by seasonal variations with higher values in summer than in winter. The sediment organic carbon labile fractions, rather than total organic carbon, were the most important factor affecting carbon mineralization dynamics. The cumulative carbon mineralization amounts exhibited an excellent fit to the first-order kinetic equation ( R 2 ≥ 0.93). The changes in modeled kinetic parameters (potential carbon mineralization amounts ( C 0 ) and carbon mineralization rate constant ( k )) among these four habitats were similar to carbon mineralization rates, implying invasive S. alterniflora promoted the availabilities of organic compounds for microbial respiration metabolism. Overall, our findings highlighted the importance of S. alterniflora invasion in accelerating organic carbon decomposition and carbon dioxide release potential, although it also increases carbon accumulation.

Abstract Nitrogen bioavailability, governed by the balance of fixation and loss processes, is a key factor regulating oceanic productivity, ecosystem functions, and global biogeochemical cycles. The key nitrogen-loss organisms—denitrifiers and anaerobic ammonium-oxidizing (anammox) bacteria—are not well understood in marine seafloor environments, especially in deep-sea cold seeps. In this study, we combined geochemical measurements, 15 N stable isotope tracer analysis, metagenomics, metatranscriptomics, and three-dimensional protein structural simulations to investigate the diversity of denitrifying and anammox microbial communities and their biogeochemical roles in these habitats. Geochemical evidence from 301 sediment samples shows significantly higher nitrogen-loss rates in cold seeps compared to typical deep-sea sediments, with an estimated annual nitrogen loss of 6.16 Tg from seafloor surface sediments. Examination of a total of 147 million non-redundant genes reveals a high prevalence and active expression of nitrogen-loss genes, including nitrous-oxide reductase (NosZ; 6.88 genes per million or GPM on average), nitric oxide dismutase (Nod; 1.29 GPM), and hydrazine synthase (HzsA; 3.35 GPM) in surface sediments. Analysis of 3,164 metagenome-assembled genomes from this habitat has expanded the known diversity of nitrous-oxide reducers to six phyla and nitric oxide-dismutating organisms to one phylum and two new orders, while ten phyla host anammox bacteria going beyond Planctomycetota . These microbes show diverse structural adaptations and complex gene cluster arrangements that potentially enable survival in the harsh conditions of cold seeps. These findings suggest that cold seeps, despite their low temperatures, are significant, previously underestimated hotspots of nitrogen loss, potentially contribute substantially to the global nitrogen cycle.