城市及其周边河流是水体环境的重要组成部分,而这一部分正受到城市排污的直接影响,这些河流的污染程度决定着城市生态环境的安全与稳定。近三四十年来中国城市化水平不断的升高,工业发展进一步的提升,生活、农业及工业向城市河流的排污加剧,使得城市水环境的污染问题日益明显,而在这些污染问题中,排污河道水体及沉积物的污染问题尤为突出,成为众多研究关注的焦点。都市中河道沉积物接受着外源氮素活性污染物,使河道底泥成为了水体污染的潜在、易被忽视的来源。氮素永久性脱除的手段之一便是反硝化过程。天津市的水域类型丰富,不同的河道具有不同的污染水平特征。由于污染水平的差异性,加之污染类型复杂,故反硝化脱氮能力的差别也比较明显。因此,本研究针对不同排污特点对城市及周边河流水体-沉积物中反硝化过程的影响,进行空间与时间以及宏观与微观层面上的对比研究,对天津市河道底泥反硝化过程及其时空差异性规律、主要影响因子进行探讨,特别是对比研究了城市排污河及其他类型河道的差异性。同时,为了进一步探究了不同污染类型河流生态系统,特别是典型排污河,底泥中硝化、反硝化微生物过程,本研究初步分析了污染特性不同的典型河道底泥中反硝化相关微生物的群落特征,尤其是重点对比研究了自然河道和排污河系统的河道底部沉积物反硝化相关细菌的丰富度、群落多样性和群落结构特征。本研究以天津市不同污染特征水平的河道为主要研究对象,通过野外实地采样与仪器实测、实验室内培养及仪器分析测定等相结合的方法,在按季度开展了研究工作,得出如下的结论:（1）不同类型河道所受排污具有差异性,其水体中溶存的硝氮（NO₃^-）和铵氮（NH₄⁺）含量皆呈现出一定程度空间上的分布规律,其中水体NO₃^-含量范围处于:未检出ND⁹.26mg·L^-1(均值3.70±2.29mg·L^-1),水体NH₄⁺含量最大值为58.44mg·L^-1(均值6.23±8.98mg·L^-1),从四季来看,NO₃^-和NH₄⁺变化规律为:夏、秋季含量低,春、冬季较高。采样点河道底泥的含水率与容重的范围分别处于27.54%到212.58%及0.81g·cm^-3到2.47g·cm^-3之间。河道底泥的酸碱度（pH值）为弱碱性,其所在区间为5.56到9.56间。沉积物有机碳（SOC）含量变化范围在1.67²08.16g·kg^-1(均值20.28±7.95g·kg^-1)之间,春季SOC含量最低,冬季最高,夏、秋季两季差异不大,且随着河道底泥的垂向深度的增加而含量降低。底泥提取态的NO₃^--N和NH₄⁺-N的变化区间分别为0.02到48.26mg·kg^-1(均值7.08mg·kg^-1)和155.59到2170.91mg·kg^-1之间,空间分布规律:典型河道的污染程度越高,含量越高。在河道底泥的垂向分布上,底泥提取态NO₃^--N和NH₄⁺-N含量都显示出随着深度的增加而逐渐降低的规律。（2）天津市河道底泥反硝化速率总体水平处于0.51⁸.99mg-N·m^-2·h^-1之间。夏季速率最高,春、冬季居中,秋季最低。春、夏、秋、冬季的平均反硝化速率为:1.91±1.53、3.07±1.25、1.61±0.53、1.87±0.79 mg-N·m^-2·h^-1。不同河道样点底泥反硝化速率表现显著的空间差异性,过渡性城市河道南运河（下文称NYN）的反硝化速率最高,为2.59±1.63mg-N·m^-2·h^-1;北塘排污河（下文称BTD）和大沽排污河（下文称DGD）为代表的排污河反硝化速率均值居中,为2.09±0.98mg-N·m^-2·h^-1;自然河道代表永定新河（下文称YDN）和独流减河（下文称DLN）最低,为1.98±1.29mg-N·m^-2·h^-1。规律表现为:周边环境较恶劣,排污类型复杂的河道类型样点反硝化速率较高;周边环境条件较理想,河道宽阔,水流流速较快的反硝化速率均值较低。垂向表层0至2厘米深度反硝化速率范围在0.51⁸.99mg-N·m^-2·h^-1之间,其中表层0至0.5厘米深度分层的底泥反硝化速率最大,占表层0至2厘米深度的42.01%,速率随深度增加逐渐降低。天津市河道底泥的反硝化速率与底泥中的pH值、SOC、沉积物含水率、容重、沉积物提取态硝氮和上覆水体中硝氮均表现为显著正相关关系（p<0.05）,与氧化还原电位值和上覆水体铵氮含量无显著相关关系。（3）天津市不同污染特征典型河道沉积物年度总脱氮能力均值为:BTD采样点为6.01±1.95mg-N·m^-2·h^-1;DGD为6.52±2.53mg-N·m^-2·h^-1;YDN为5.72±2.75mg-N·m^-2·h^-1;DLN为6.15±3.87mg-N·m^-2·h^-1;NYN为7.77±4.14mg-N·m^-2·h^-1。河道沉积物四季总脱氮能力均值表现为:夏季46.11±0.71mg-N·m^-2·h^-1（36.52%）高于春季28.71±2.30mg-N·m^-2·h^-1（22.79%）高于冬季27.29±1.21mg-N·m^-2·h^-1（21.61%）高于秋季24.16±0.50mg-N·m^-2·h^-1（19.13%）。排污河表现出最高的反硝化潜力,且反硝化脱氮潜力表现为排污河(275.3ng-N·g^-1·h^-1)高于自然河道,稍高于过渡性样点。时间上,冬季河道底泥反硝化潜力普遍高于夏季。垂直分异性上,底泥的表层0至5厘米深度的反硝化潜力普遍高于底泥5至10厘米的深度。（4）天津市河道底泥N₂O自然产生速率变化处于0.39¹2.99mg-N·m^-2·h^-1之间。其季节变化规律表现为:夏季最大,秋、冬季居中,春季最小。夏季N₂O自然产生速率均值为4.50±1.14mg-N·m^-2·h^-1,秋季1.36±0.25mg-N·m^-2·h^-1,冬季1.30±0.19mg-N·m^-2·h^-1,春季0.98±0.12mg-N·m^-2·h^-1。河道污染类型上,DLN和YDN河道沉积物N₂O自然产生速率最高,均值分别为2.33±1.96mg-N·m^-2·h^-1和2.47±2.10mg-N·m^-2·h^-1;排污河类型代表BTD和DGD两条河道样点较低,分别为1.89±1.38mg-N·m^-2·h^-1和1.91±1.31mg-N·m^-2·h^-1;过渡性河道代表NYN介于之间,为1.98±1.24mg-N·m^-2·h^-1。自然河道中的底泥是天津市水域中重要的N₂O排放源之一。N₂O自然产生速率在沉积物垂向分布规律表现为:表层最大,逐渐随深度降低。N₂O自然产生速率与pH、SOC、含水率和底泥中提取态硝氮都表现为显著正相关关系（p<0.05）,和氧化还原电位表现为显著负相关（p<0.05）,和水体上覆水的硝氮、铵氮无相关关系,与容重指标的相关关系不显著。（5）天津市河道底泥的中反硝化相关微生物nirS基因丰富度按照河道类型表现为排污河代表高于自然河道代表,排污河道表现出较高基因丰富度。多样性估计量来看,排污河代表的Shannon指数高于自然河道代表,排污河底泥反硝化相关微生物多样性高于自然河道。分层样品Shannon指数上来分析,排污河代表和自然河道代表均表现为表层反硝化菌种群多样性高于底层。排污河道底泥中的反硝化相关微生物的丰富度和多样性指标都高于天然河道代表。根据相关基因序列分类,自然河道的代表YDN底泥的反硝化相关菌属主要属于变形菌门（Proteobacteria）中的α-变形菌纲（Alphaproteobacteria）和β-变形菌纲（Betaproteobacteria）,底部底泥测出优势菌种为β-变形菌纲（Betaproteobacteria）中的固氮弓菌属（Azoarcus）、脱氯单胞菌属（Dechloromonas）和Sulfuritalea菌属,共3种反硝化菌属;而在BTD底泥中的反硝化相关菌属主要是属于β-变形菌纲（Betaproteobacteria）,其下一分类学主要为固氮弓菌属（Azoarcus）和Sulfuritalea菌属。