专题15.15：地下水系统生物地球化学过程与环境效应

微生物群落和氮功能对郊区地下水硝酸盐升高的响应
张龄之¹，何炜²，黄福义¹，何伟¹，周鹏鹏¹，Christopher Rensing⁴，Kristian Koefoed Brandt^5,6，何江涛¹，刘菲¹，赵忆^1,*，郭华明^1,*
1. 中国地质大学（北京） 水资源与环境学院，北京 100083；2. 北京市生态环境保护研究所，北京 100083；3. 中国科学院城市环境研究所，厦门361021; 4. 福建农林大学资源与环境学院，福州 350002； 5. 哥本哈根大学理学院植物与环境科学系；6. 中国丹麦科研教育中心，北京 100083


人为氮输入导致地下水中硝酸盐氮(NO₃-N)水平升高。然而，目前关于郊区地下水中微生物群落及其氮代谢功能对NO₃-N升高的响应尚不清楚。本研究以北京市潮白河流域(CR)和淮河流域(HR)地下水为研究对象，分析了NO₃-N污染对水体微生物群落组成(16S rRNA基因扩增子测序)和参与氮循环的微生物功能群(基于qPCR检测的16个功能基因)的影响。CR地下水NO₃-N和NH₄-N平均浓度分别是HR的1.7和3.0倍。NO₃-N均为优势氮种类(> 80%)。CR和HR地下水的微生物群落组成和氮循环基因差异显著(p < 0.05)， CR地下水中微生物丰度和氮循环相关功能基因丰度较低。反硝化菌是CR和HR地下水中最丰富的功能微生物。我们发现，NO₃-N, NH₄-N，微生物群落组成和N循环基因之间存在较强的关联(p < 0.05)，据此推测反硝化菌和Candidatus_Brocadia可能是地下水NO₃-N和NH₄-N浓度升高的潜在特征性生物标志物。路径分析进一步揭示了NO₃-N对氮循环基因和反硝化菌相对丰度的显著影响(p < 0.05)。研究结果表明，不同水文地质条件下NO₃-N和NH₄-N水平的升高对地下水微生物群落组成和氮循环基因产生了显著影响，这对地下水中氮的可持续管理和风险评估具有潜在意义。

硝酸盐,地下水,微生物氮循环,反硝化