氮和重金属是地表水体的重要污染物质，也是影响水生态系统健康的关键风 险性物质。水中的氮、重金属等污染物会通过沉积、絮凝、吸附等物理化学过程 及生物学过程进入底泥，使水体沉积物成为这些污染物的汇。水体沉积物中活性 氮、重金属等污染物的不断累积，不仅会影响水质，而沉积物中重金属还会通过 有机体的生物放大效应和食物链的生物富集效应给生态系统和人类健康带来较 大的风险。水体沉积物中活性氮的消减主要通过微生物介导完成，而重金属对微 生物的代谢活动和群落结构都有较高的毒性，从而会影响被污染环境的氮循环功 能。因此，深入了解重金属污染对微生物群落结构和氮循环功能的影响，对于识 别重金属造成的生态风险以及污染地区的生态管理和修复都具有重要的意义。

      本研究选取了我国典型的重金属污染河流湘江作为研究区域，通过实地调查 采样分析，利用 15N 同位素示踪技术、16S rRNA 扩增子测序和宏基因组测序技 术，选取 Cd、As、Cu 等 10 种重金属为重点研究对象，研究了典型重金属污染 河流沉积物中微生物群落结构特征、氮消减速率特征和微生物氮循环功能基因特 征，主要结果和结论如下：

      （1）在典型的重金属污染河流沉积物中，微生物的物种丰度和群落结构会 有所改变。湘江沉积物中微生物群落在长期的重金属自然选择和胁迫下，形成了 以 Proteobacteria、Actinobacteria 为主导的群落结构，耐受极端环境的 Firmicutes 门丰度较高且其在湘江沉积物的微生物群落中发挥了关键作用。沉积物中多种微 生物门类丰度与重金属浓度存在显著的相关关系，表明微生物群落受重金属的潜 在影响。

      （2）对湘江沉积物氮消减速率的研究结果表明，沉积物重金属污染程度会 显著影响到沉积物的潜在反硝化速率，但不同重金属污染程度下沉积物潜在厌氧 氨氧化速率、N2O 释放速率并无显著差异。重金属高污染区较高的潜在反硝化速 率可能主要来自与沉积物高重金属污染相伴的高营养盐含量对异养反硝化菌群 生长的刺激。 

       （3）湘江沉积物中氮循环功能基因以 nirS 相对丰度最高，amoA/B、nifH、 ureA 也有较高的丰度。重金属污染程度对沉积物中氮循环功能基因丰度的影响 并不显著。湘江沉积物中氮循环功能基因与金属抗性基因（MRGs）存在潜在的 共同宿主，这增强了氮循环功能菌群在受重金属污染河流沉积物中生存和发挥相 应功能的能力。