氮是所有生物体必需的营养元素,在生命活动中占有极重要的地位,被称之为生命元素。然而,氮也是水体富营养化发生和演变的关键要素之一,其负荷量与近海赤潮爆发、低/缺氧区形成、生态系统退化等具有密切的相关性。我国潮间带绵延数千里,跨越热带至寒温带,环境异质性高。近几十年来,由于高强度的人类活动,导致陆源河流氮素输入量逐年上升,潮间带是近海环境重要的缓冲带,也是氮转化的热点区域,对于缓解近海富营养化具有重要意义。微生物介导的反硝化和厌氧氨氧化过程(anammox)是环境氮自然输出的主要途径。因此,研究中国典型潮间带区域反硝化和厌氧氨氧化氮输出通量、微生物学机理及环境调控机制对于研究区域氮的生物地球化学循环,掌握潮间带的环境氮容量,制定相关合理利用和保护潮间带的举措具有重要参考价值。本研究以中国自北方辽河口至南方东寨港14个典型潮间带为研究区域,通过春、夏、秋、冬四季采集潮下带表层(0-5cm)沉积物样品,每个潮间带取3个断面,合计168个样品。利用地球化学手段测定背景环境因子参数,15N稳定同位素示踪技术测定反硝化与厌氧氨氧化脱氮速率;并以相关功能基因(细菌和古菌16S rRNA基因、反硝化细菌nosZ基因和厌氧氨氧化菌16S rRNA基因)为分子标记,通过荧光定量PCR技术,分析反硝化与厌氧氨氧化功能微生物的丰度,最终探讨相关功能基因、环境因子与脱氮速率之间的耦合关系。主要结果如下:1、总体来说,我国潮间带沉积物环境参数季节差异不显著,只有氨氮在春、夏季有显著差异(ANOVA,P<0.05),春季显著高于夏季;而北、中、南部区域差异非常显著,其中沉积物总有机碳南部高于北、中部;氨氮含量北部区域最高,中部区域最低;重金属含量南方最高(ANOVA,P<0.05)。2、总体上,潮间带自然氮输出过程以反硝化为主,贡献率范围为31.8%-96.8%;季节上夏季最高、春季最低。空间上南部最高、中部最低;厌氧氨氧化潜在速率相比反硝化要小得多,贡献率变化范围为3.7%-68.2%。空间上夏季最高、春季最低;3、脱氮速率的单、多因素方差分析结果显示,潮间带反硝化和总脱氮速率主要受季节影响(P<0.05),而厌氧氨氧化速率在季节和区域间差异都非常显著(P<0.05)。另外,季节和区域共同作用对厌氧氨氧化贡献率也影响显著(P=0.00)。4、潮间带沉积物中大部分的功能基因丰度都表现出显著的区域差异(P≤0.03)。只有AOA-amoA表现出明显的季节差异(P=0.02)。Pearson相关分析表明,沉积物总氮、总有机碳含量,重金属含量以及粒径大小显著影响大部分功能基因的丰度(P<0.05)。5、Pearson相关分析显示,总细菌和总古菌丰度越高,反硝化和anammox脱氮活性越高;除了 AMX-16S rRNA 基因,AOB-amoA 和 nirS、nirK、nosZI、nosZII基因丰度均与厌氧氨氧化活性正相关(P<0.05)。6、多元逐步回归分析功能基因丰度和环境因子对潮间带沉积物脱氮活性的综合影响的结果显示,环境因子对潮间带沉积物脱氮活性的影响远高于功能基因丰度;重金属Pb、Mn含量是影响反硝化过程最主要的因子;厌氧氨氧化速率主要受TN%和δ13C共同影响,;AMX%主要受Pb、Mn含量共同影响,解释率为14.6%;而δ13C、Pb、Mn含量是解释脱氮总速率的因子。