在國家自然科學(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃等項(xiàng)目資助下，中國科學(xué)院華南植物園研究員魯顯楷團(tuán)隊(duì)研究揭示了稀土礦區(qū)河流氮匯功能的削弱機(jī)制。近日，相關(guān)研究成果發(fā)表于《有害物質(zhì)雜志》（Journal of Hazardous Materials）。
論文第一作者、中國科學(xué)院華南植物園副研究員禤映雪介紹，活性氮富集是淡水生態(tài)系統(tǒng)面臨的重要環(huán)境壓力，可導(dǎo)致水體富營養(yǎng)化與河流水質(zhì)退化。河流可通過氮匯功能，在活性氮進(jìn)入下游水體前將其永久去除，從而緩解氮污染在流域水系中的傳遞。
REEs-HNMD影響河流氮匯功能的概念圖。研究團(tuán)隊(duì)供圖前期研究中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，在高氮負(fù)荷的城市河流中，硝化、反硝化和藻類同化過程相互耦合，可在一定程度上維持或提升河流自身的氮匯功能，削減硝酸鹽污染，但同時(shí)也增加了溫室氣體一氧化二氮的釋放。
然而，稀土礦業(yè)開采往往伴隨銨鹽浸礦殘留、稀土元素遷移、酸化和沉積物擾動(dòng)等多重環(huán)境效應(yīng)。與高氮負(fù)荷城市河流不同，稀土礦區(qū)流域同時(shí)受到高氮排水輸入與稀土元素富集的雙重影響，形成“稀土元素富集型高氮礦山排水”（REEs-HNMD）的復(fù)合脅迫，從而可能重塑河流的氮循環(huán)過程。在REEs-HNMD影響下，河流能否繼續(xù)維持氮匯功能、緩解稀土開采帶來的氮污染風(fēng)險(xiǎn)，尚缺乏明確認(rèn)識(shí)。
針對(duì)這一問題，研究團(tuán)隊(duì)以典型離子吸附型稀土礦區(qū)河流為研究對(duì)象，聚焦沉積物中的反硝化和厭氧氨氧化這兩種主要氮匯途徑，綜合運(yùn)用1?N同位素標(biāo)記、硝酸鹽氮氧同位素分析、微生物群落測(cè)序、反硝化功能基因檢測(cè)及結(jié)構(gòu)方程模型等方法，系統(tǒng)評(píng)估了REEs-HNMD對(duì)河流沉積物氮匯功能的影響。
研究發(fā)現(xiàn)，反硝化是稀土礦區(qū)河流沉積物中主要的永久性氮去除途徑，而厭氧氨氧化貢獻(xiàn)較小。反硝化并未隨氮負(fù)荷升高而持續(xù)增強(qiáng)，而是對(duì)REEs-HNMD表現(xiàn)出明顯的非線性響應(yīng)：在中等污染條件下，較高的氮底物供應(yīng)在一定程度上促進(jìn)了反硝化；在高污染條件下，稀土元素富集、高氮輸入和沉積物擾動(dòng)等復(fù)合脅迫則顯著抑制了反硝化過程，導(dǎo)致河流氮去除能力下降。功能基因分析、微生物群落結(jié)構(gòu)和硝酸鹽氮氧同位素證據(jù)進(jìn)一步表明，REEs-HNMD主要通過影響沉積物中微生物的反硝化功能，削弱了流域尺度上的反硝化作用，進(jìn)而降低河流對(duì)氮污染的自然緩沖能力。
該研究揭示了稀土礦區(qū)河流氮循環(huán)對(duì)復(fù)合污染脅迫的非線性響應(yīng)機(jī)制，表明稀土礦區(qū)高氮排水不僅是氮污染的輸入源，還通過抑制沉積物微生物的氮去除過程，使河流從“氮污染緩沖帶”轉(zhuǎn)變?yōu)?ldquo;氮污染傳輸通道”。這一認(rèn)識(shí)拓展了礦區(qū)流域氮循環(huán)過程的研究視野，也提示稀土礦區(qū)水環(huán)境治理不能僅關(guān)注水體氮濃度的削減，還應(yīng)重視河流沉積物氮匯功能的保護(hù)與恢復(fù)。（來源：中國科學(xué)報(bào) 朱漢斌 周飛）
相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142223