丹江流域典型农田包气带-含水层中硝酸盐氮还原过程及其影响因素

探究硝酸盐氮在农田土壤包气带-含水层中的迁移转化过程对地下水硝酸盐氮污染防治具有重要意义.该研究在丹江流域河南段典型农田采集了12个不同深度(0~42.5m)的包气带土壤和含水层沉积物样品,对氮素与抗生素的浓度水平、硝酸盐氮还原过程的潜在速率及其相关功能的基因丰度进行了系统测定.结果表明,TOC、NO_(3)-N和TP浓度在包气带土壤和含水层沉积物中具有显著差异;83种目标抗生素中仅检出7种,在包气带和含水层中的浓度范围分别为0.01~115.20ng/g和0.01~2.50ng/g;3种磺胺类抗生素浓度随深度递减,2种大环内酯类抗生素浓度随深度增加.厌氧氨氧化和反硝化是浅层包气带(0~0.8m)中硝酸盐氮还原的关键过程,平均贡献率分别为53.9%和26.4%;深层包气带(0.8~6.0m)则以硝酸盐异化还原成铵为主导,对硝酸盐还原的贡献率达93.1%;含水层沉积物中最主要的硝酸盐氮转化过程是反硝化,贡献率为50.5%.氮转化过程速率与其相应功能基因的垂向分布特征一致.进一步发现抗生素浓度是影响农田包气带-含水层接续系统中硝酸盐氮转化过程的主要因素,NO3-N浓度与DEN过程功能基因丰度显著正相关,磺胺胍(SGD)与硝酸盐氮还原过程显著正相关,而脱水红霉素(AETM)则表现出显著负相关关系.该研究为深入揭示包气带-含水层接续系统中硝酸盐氮还原过程提供了有力支撑.