【摘 要】
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交互带（Hyporheic Zone）是河流-地下水系统中具有独特水力连接性、高度生物多样性以及生态复杂性的重点区域,是河流-地下水发生交互作用的关键纽带。本文以国家自然科学基金（41877190）为依托,以河流-地下水侧向交互带为研究对象,选择渭河中游（咸阳段）和渭河下游（渭南段）为典型研究区域,开展野外调查、样品采集和室内实验,综合运用理化指标测试、q PCR荧光定量、IPTs氮稳定同位素示踪
【基金项目】
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国家自然科学基金项目“河流-地下水侧向交互带氮的生物地球化学行为及其环境效应”（41877190）； 陕西省重点研发项目“渭河陕西段综合治理的水环境效应及应对关键技术”（2020ZDLSF06-04）；
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交互带（Hyporheic Zone）是河流-地下水系统中具有独特水力连接性、高度生物多样性以及生态复杂性的重点区域,是河流-地下水发生交互作用的关键纽带。本文以国家自然科学基金（41877190）为依托,以河流-地下水侧向交互带为研究对象,选择渭河中游（咸阳段）和渭河下游（渭南段）为典型研究区域,开展野外调查、样品采集和室内实验,综合运用理化指标测试、q PCR荧光定量、IPTs氮稳定同位素示踪和微宇宙实验等方法,系统分析河流-地下水侧向交互带沉积环境参数的分布特征,解释交互带沉积物中氮转化功能基因丰度及主控因素,揭示河流-地下水侧向交互带沉积环境中氮循环的生物地球化学作用。本研究得出如下结论:（1）查明并分析了渭河中下游侧向交互带沉积环境参数的空间分布特征。渭河中下游侧向交互带沉积物岩性结构在垂向上分布不均匀,咸阳段沉积物岩性结构呈显著非均质,由细砂、粉土、粗砂交替构成;渭南段沉积物岩性以粉土为主,结构单一。渭南段沉积物土壤粒度相对咸阳段颗粒较细,比表面积大,土壤聚合明显,粘土矿物丰富,其p H（弱碱性）、电导率、含水率、Fe（Ⅱ）、TOC、DOC均高于咸阳段。渭南段、咸阳段交互带沉积物呈自然分层,Fe（Ⅱ）、TOC、DOC在含有淤泥质的沉积层中含量高。（2）阐明了渭河侧向交互带沉积物中氮的空间分布特征及驱动因子。渭河渭南段沉积物总氮浓度显著高于咸阳段,有机氮为渭河交互带氮的重要组成部分,咸阳段、渭南段有机氮含量最高值分别占总氮的93%、65.72%。咸阳段无机氮分布以硝酸盐氮为主,主要受TOC（R=0.8840,p≤0.01）、Fe（Ⅱ）、含水率等环境因子影响;渭南段无机氮分布差异显著,由浅表至深层（W1-W5）分别以氨氮、硝酸盐氮、氨氮、硝酸盐氮、亚硝酸盐氮为主,主要受DOC、p H、Fe（Ⅱ）、氧化还原电位等环境因子影响。（3）解释了渭河中下游侧向交互带沉积物中微生物功能基因的分布规律及驱动因子。交互带沉积环境中好氧氨氧化功能基因（amo A、nxr A）丰度显著低于反硝化（nir S、nor B）、DNRA（nrf A）以及厌氧氨氧化（Amx-16S）功能基因,nir S、nrf A、Amx-16S功能基因丰度在细颗粒且含有淤泥质的沉积物中丰度较高。渭河中下游交互带沉积环境中好氧氨氧化细菌分类学组成相似,结构相对单一。反硝化细菌、DNRA细菌微生物多样性、丰富度呈显著性差异。p H、Fe（Ⅱ）、碳含量等环境因子是微生物功能基因的主要驱动因子。（4）提供了侧向交互带沉积物中氮生物地球化学关键过程的稳定同位素证据。渭河中下游交互带沉积物中以反硝化作用为主导,DNRA反应次之,厌氧氨氧化速率较低。咸阳段在细颗粒夹有淤泥质的沉积物样品X2（30-40 cm）、X4（48-60 cm）中氮转化速率相对较高,渭南段交互带浅层沉积物中反硝化作用承担了35.19μmol·N2·kg-1·h-1的硝酸盐氮去除量,后随深度增加反硝化速率降低,厌氧氨氧化速率与DNRA速率的变异系数分别为6.86%、13.39%,说明在交互带埋深0-35 cm反应速率变化不剧烈。（5）构建了渭河中下游侧向交互带氮循环模式。咸阳段交互带以反硝化作用（17.61±3.73）μmol·N2·kg-1·h-1、DNRA作用（2.91±1.51）μmol·N2·kg-1·h-1、厌氧氨氧化作用（1.68±0.86）μmol·N2·kg-1·h-1为主体,构成渭河中游侧向交互带氮循环模式;渭南段交互带在亚铁耦合硝酸盐还原驱动下构建以反硝化（29.27±5.91）μmol·N2·kg-1·h-1作用为主导的渭河下游侧向交互带氮循环模式。
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