微生物脱氮被认为是最经济高效的脱氮技术之一，有关其脱氮过程及机理的研究也是当今水处理领域的研究热点。近年来，分子生物学的发展、进步以及在微生物生态学研究领域的应用，使人们对微生物脱氮过程及分子机理的研究进入一个崭新的阶段。然而，目前有关氮转化生态过程及分子机理的定量研究还停留在总细菌16S rDNA、napA、narG、nirK和nosZ等少数基因的水平上，至今尚缺少对水处理系统中氮转化功能基因的系统定量解析，也缺少对氮转化功能基因生态联结性和多样性的定量研究。开展氮转化功能基因生态联结性和多样性的定量相关研究，有助于从分子水平上揭示氮转化过程的分子机制，有助于借助分子生态技术定向富集脱氮功能基因，有助于为特定氮转化功能基因菌群创造理想的生态位。同时通过富集和调控关联基因群落提高污水处理系统的脱氮效率，减少污水处理过程中N2O温室气体的排放。　　 本文借助real-time PCR定量解析了多介质生物滤池、毛管渗滤系统和人工湿地系9种功能基因的空间分布规律，分析了功能基因的生态联结性和多样性。论文取得的主要创新成果如下：　　 (1)多介质快速生物滤池在容积负荷阶段，NH3-N、TN去除率仍达到88％，比炉渣-沸石、陶粒-炉渣快速生物滤池的NH3-N平均去除率69％-70％高出18％-19％。多介质快速生物滤池Real-time荧光定量结果也表明，总细菌及各功能基因的分布都优于普通多段土壤层系统和普通生物滤池。除nifH外，ANO和其它氮转化功能基因均在多介质生物滤池不同区域呈优势富集并呈现出不同的沿层演替趋势。多介质生物滤池中nirK和nor呈显著正相关，它们均随着滤池深度增加而减少，它们之间呈原始合作关系。napA-qnorB-nosZ也呈正相关，napA所编码的硝酸盐还原酶催化的反应生成NO2-，从而为qnorB和nosZ所编码的酶催化的反应间接提供反应底物。而qnorB基因为nosZ所编码的酶催化的反应直接提供反应底物N2O，因此它们之间呈偏利共存关系。快速生物滤池中氮转化功能基因多样性指数和均匀度指数均随滤池深度增加而减少，优势度指数随滤池深度增加而增加，且层间差异较大。即滤池越深氮转化功能基因的分布越不均匀，越有利于优势功能基因的富集。　　 (2)多介质毛管渗滤系统具有较高的氨氮和总氮去除率，以及较强的抗水力负荷和总氮容积负荷冲击能力。毛管渗滤系统中ANO、qnorB、napA、nas和nifH等基因主要富集于上升流区，amoA、nor、narG以及nosZ优势基因群落主要富集于重力流区。深入分析发现，amoA、nor、napA、nirK和nosZ基因群落关联富集，ANO、narG和qnorB关联富集。上升流区的优势度明显高于重力流区，更有利于优势基因的富集，而上升流区的均匀度和多样性明显低于重力流区，有利于多种脱氮基因共同富集。　　 (3)2组多介质人工湿地中的微生物群落具有相似的空间分布规律，Lactococcus sp.和Moraxella sp.是它们共同的降解有机氮和反硝化脱氮的优势菌群，Acinetobacter sp.是NO3-的转化为NH4+的优势菌群，Bacillus sp.和β-Proteobacteria sp.是脱NH4+优势菌群，Brevundimonas sp.和Exiguobacterium sp.是降解有机物的优势菌。qnorB和nas功能基因优势富集于填充1％零价铁制备的多介质填料构建的人工湿地(1＃)的15cm layer和60cm layer，nirK优势富集于填充2％零价铁制备的多介质填料构建的人工湿地(2＃)的60cm layer，其他氮转化功能基因菌群均在2组人工湿地的15cm layer呈优势富集。深入分析发现，稀有基因的相对富集于1＃人工湿地的60cm layer和2＃人工湿地的120cm layer，这些稀有基因主要是amoA、nor、narG、qnorB和nas，这些功能基因编码酶催化的反应途径是各自系统氮转化的主要限速过程；优势菌群及基因相对富集于1＃人工湿地的15cm layer、60cm layer，以及2＃人工湿地系统的120cm layer，这些优势菌群及基因主要是ANO、nifH和napA、nirK、nosZ、qorB，这些功能基因编码酶催化的反应途径是各自系统氮转化的关键反应过程。