在我国西北以丘陵沟壑为主要地貌的村镇地区,地表及地下水资源极度匮乏,长期存在着人畜饮水安全危机,雨水是唯一有潜力的水资源。然而,窖水水质普遍受到污染,窖水水质安全形势不容乐观,已成为制约地区经济和社会发展,人民生活水平进一步提高的主要因素之一。经研究发现,窖水在存贮过程中发生了显著的水体自净作用,其实质表现为水体中的微生物对各种污染物的降解。水体自净过程中,微生物群落的季节性变化是一个多因素参与的复杂生态过程,微生物群落组成与其栖息地的环境因子密切相关,且环境因子与微生物群落间还存在着明显的交互响应作用,这些交互作用是影响水体自净作用强弱的重要因素。微生物的生态特征可分为结构特征和功能特征,是认识与解决环境问题的有效切入点。然而,关于窖水自净过程中的微生物群落结构和功能多样性,细菌群落与水质因子间的交互响应关系尚无学者进行研究。针对以上问题,为了阐释窖水水体自净过程中细菌群落与水质因子之间的交互响应关系,本论文应用16S rRNA基因-高通量测序技术,结合PCA、PCoA、RDA、PICRUSt生物信息学在线平台、KEGG等生物信息学分析方法、工具及数据库,系统性地研究了窖水细菌群落结构和功能的季节性变化特征,窖水细菌群落结构及功能多样性与水质因子间的交互响应关系。得到以下主要结论:(1)窖水中微生物具有较高的分类学多样性,不同时间序列样品中微生物群落结构和组成存在差异,细菌群落呈现出大量的稀有种和少数常见种的物种多度分布模式,即少数相对丰度较高的优势菌在不同分类水平上构成了微生物的基本群落结构,其差异主要体现在共有的优势菌群地位及其相对丰度的变化;而众多的、相对丰度较低的非优势菌在各样品中的组成及其丰度各不相同,个别非优势菌则出现在特定的窖水水样中。(2)窖水中细菌群落具有较高的功能基因多样性,包含了参与碳、氮、磷循环和降解过程的多种编码相应酶的功能基因。这数量众多,表征细菌群落与脂肪酸、淀粉和蔗糖、氮、磷降解与代谢相关的编码酶的功能基因,虽然在各样品中具有差异,但是均呈现出较高的功能多样性和数量优势性,并且大多数相应的编码酶的功能基因与反映氮、磷及有机物污染的水质因子间存在较为显著的正相关性,说明窖水中存在大量、具有相对特定生态功能的微生物进行着诸多与碳、氮、磷相关的新陈代谢活动。各样品中编码酶的功能基因的多样性与丰度差异,是窖水中具有特定生态功能的微生物群落分布特征的反映。(3)窖水中不同分类学水平上的细菌群落的季节性变化是一个受多因素调控的复杂生态过程,影响窖水中细菌群落生长、群落结构组成与变化的关键因素为细菌与细菌、细菌与水质因子之间不同的交互作用、方式与强度。在窖水水体自净过程中发挥重要作用的关键微生物类群主要包括:门分类水平上的Proteobacteria;纲分类水平上的Acidimicrobiia、Chloroflexi、ε-proteobacteria、Opitutae、Anaerolineae,其中最为重要的微生物类群为Acidimicrobiia;目分类水平上的Acidimicrobiales、[Saprospirales]、Alteromonadales、Nitrosomonadales、Bacteroidales、[Roseiflexales],其中以Nitrosomonadales最为重要;科分类水平上的Desulfobulbaceae、[Acidaminobacteraceae]、Methanoregulaceae、Pirellulaceae、Brucellaceae,其中最为重要的微生物类群为Desulfobulbaceae;属分类水平上的Herbiconiux、Carnobacterium、Paenibacillus、Polaromonas、Leptothrix,Herbiconiux是关键微生物的代表属。窖水中细菌群落之间的合作关系大于竞争关系,呈正相关的细菌群落之间的亲缘关系比负相关关系的细菌群落之间的亲缘关系明显较近,使得它们往往倾向于合作关系(如互利共生)或具有相似的生态位偏好,而表现出相应的正相关性。窖水中具有较为客观的具有趋化功能的细菌群落,细菌群落与环境之间的交互作用所表现出来的正、负相关性,极有可能与窖水中具有趋化功能的细菌群落对水质污染因子的趋化作用有关。论文的研究对于理解细菌群落作用下的窖水中污染物的迁移转化规律,揭示细菌发挥的特定生态功能至关重要,并可为进一步开展水窖水质的管理与维护,有针对性地开发适用于窖水水质污染的原位生物修复技术,具有非常重要的意义。