硝化过程在陆地、河流、海洋等自然生态环境中对氨氮的去除具有重要的作用,是微生物氮循环不可缺少的一环。然而目前对河口与地下河口硝化过程（包括氨氧化与亚硝酸盐氧化）的群落结构和生态分布及其对氨氮去除的认识还不够深入。本论文基于amoA、nxrB和nxrA功能基因的高通量测序分析,对硝化过程在珠江河口与鲘门地下河口的硝化速率、硝化微生物丰度和多样性及群落结构的分布特征做了系统性研究。研究结果扩宽了对河口与地下河口硝化过程的认知,同时将有助于揭示硝化过程在河口和地下河口对氨氮污染去除的作用。本论文取得的主要结论如下:1.优化了基于Mothur平台分析AOB amoA基因多样性和群落结构的方法。本研究构建了AOB amoA功能基因分类参考数据库（包括序列文件和分类文件）,该数据库涵盖了目前已鉴定的所有AOB种属。进一步确立了以87%的序列相似性作为AOB amoA基因划分种水平OTU的相似性阈值。基于参考数据库和相似性阈值,建立和优化了基于Mothur平台分析AOB amoA扩增子高通量测序分析的方法。2.珠江河口梯度变化的环境条件影响了珠江河口硝化过程的活性和群落结构分布。珠江河口硝化微生物主要分布在表层沉积物与上游水体中,上游中的硝化速率与丰度高于下游,下游水体中几乎检测不到硝化速率与丰度,而下游沉积物中仍能检测到较低的硝化速率。硝化过程对珠江口水体中氨氮的去除起到重要的作用,在上游水体中AOB和Nitrospira NOB是主导者,把氨氮转化为硝态氮实现了氨氮的去除;而下游水体中AOA和Nitrospina NOB占优势。对珠江水体进行分级过滤后发现,AOA在上游水体粒径<1.2μm的悬浮物中丰度大于AOB,总AOM丰度在粒径<5μm的悬浮物中占比增大。珠江河口硝化速率和基因丰度的分布呈显著正相关（p<0.01）。高通量测序结果显示,珠江河口上游到下游AOB由Nitrosomonas属主导转化为Nitrosospira属主导。Nitrospina NOB中OTU1、OTU2、OTU3和OTU4广泛分布在珠江河口上游和下游中,且在上游站位相对丰度较高;而一些相对丰度较低的OTU则在下游站位中的相对丰度较高。此外,生物统计学分析结果显示,盐度和底物浓度是影响珠江河口硝化过程的主要环境因子（p<0.05）。综上,珠江河口硝化过程在梯度分布的盐度和底物影响下,硝化过程主要发生在上游水体与表层沉积物中。在氧气充足的条件下,氨氮迅速被硝化微生物转化为硝态氮。硝化微生物对珠江口氨氮污染的生态修复起到了重要的作用。其中AOB和Nitrospira NOB是上游硝化过程的主导者;而下游的硝化活性与丰度较低,AOA和Nitrospina NOB是下游硝化过程的主要驱动者。3.鲘门地下河口的环境因子变化规律孕育了独特的硝化过程。鲘门地下河口中硝化速率和硝化基因丰度的分布规律相似,近海端1 m深内的沉积物都可以检测到硝化速率与丰度,而近陆端深度60 cm以下的沉积物几乎检测不到。深度大于1 m的样品长期被低氧地下水占据,需氧的硝化微生物在此环境下无法生长或不发挥活性,从而导致了氨氮的积累。高通量测序结果显示,鲘门地下河口近海端与近陆端AOA的群落结构有明显的不同,近海端AOA以海洋簇AOA为主,而近陆端土壤簇AOA占比有所增加。而AOB与Ntrospira NOB的群落结构较为单一,且大部分为未鉴定的种属。生物统计学分析结果显示,底物浓度、pH和盐度可能是影响鲘门地下河口硝化过程的主要环境因子（p<0.05）。综上,鲘门地下河口中梯度变化的盐度、pH、底物和潮汐作用使AOA出现生态位分化,而AOB与Ntrospira NOB的群落结构较为单一。硝化过程主要发生在近海端和近陆端的近表层沉积物（深度小于60 cm）中,而近陆端底部沉积物检测不到硝化速率与丰度。在较低的氧气浓度下,鲘门地下河口硝化微生物的活性较低、对氨氮的转化速率慢,从而使氨氮大量积累。在氮污染严重的珠江河口与鲘门地下河口中,硝化微生物把过量的氨氮转化为硝态氮,硝态氮再被反硝化微生物转化为氮气脱离河口区域,实现了氮素的去除。硝化微生物对净化河口水质、去除过量的氮素起到重要的作用。本研究系统的研究了硝化过程在珠江河口与鲘门地下河口的生态分布,为河口区域氮污染的微生物生态修复提供了研究基础。