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泥沙的运移沉积对陆地生态系统中的生物地球化学循环过程至关重要。泥沙颗粒作为土壤有机质和微生物等物质的载体,在河道、塘坝等位置的沉积,不仅会导致水库淤积、河床抬高,还显著影响着物质转化和碳循环过程。泥沙迁移变化条件下,泥沙中有机质和土壤微生物的组成和分布状况会受到显著影响,但有机质和微生物对泥沙迁移的响应特征尚不清楚。研究流域沟道内泥沙颗粒迁移造成的有机质官能团及微生物群落的空间动态变化,对侵蚀地貌下的陆地生态系统生物地球化学循环具有重要意义。基于黄土高塬沟壑区典型的治理小流域(王东沟小流域),以流域沟道内泥沙颗粒为对象,根据沟道长度和比降,沿沟道从沟头、上游、中游、下游和出口布设5个泥沙样品收集点,2020年8月7日降雨后,收集不同空间位置的沉积泥沙样品,利用沉降管分级技术、傅里叶变换红外光谱和高通量测序的方法,对沟道泥沙颗粒开展以下四方面的研究:(1)沟道泥沙颗粒的空间变化特征;(2)沟道泥沙有机质官能团的空间变化特征;(3)沟道泥沙中细菌群落的组成及其空间变化特征;(4)沟道泥沙中真菌群落的组成及其空间变化特征。获得以下主要结果:(1)沟道泥沙各粒级颗粒存在显著的空间差异(P<0.05)。>250μm粒级仅存在于沟头(27.9%)和上游(11.8%);63~250μm粒级沿沟道先升高再降低,与沟头相比,上游、中游和下游分别增加了41.4%、51.8%和16.3%;<63μm粒级从沟头(34.9%)到出口(64.2%)逐渐增加;此外,泥沙中的有机碳(SOC)、全氮(TN)、有效磷(Olsen-P)含量从沟头到出口分别升高了222.2%、146.6%和75.5%;而且SOC、TN和Olsen-P与<63μm粒级占比显著正相关(P<0.01),与63~250μm粒级负相关。(2)沟道泥沙有机质主要为醇(C-OH 3432 cm-1,平均相对含量41%)、芳香族(C=C或C=N 1437 cm-1,30%)、羧基(-COO 1156 cm-1,19%)、芳香酰胺(C=O1630 cm-1,7%)和脂肪族(C-H 2925 cm-1,3%)五种官能团;不同粒级泥沙中官能团空间变化显著(P<0.05),在63~250μm粒级中变化最为明显,其中脂肪族(活性官能团)从沟头(2.3%)到中游降低了48%,随后逐渐升高至出口的2.2%,芳香酰胺(惰性官能团)则先升高(中游7.8%)后降低(出口5.5%);在<63μm粒级中官能团变化相对较小。沟道内泥沙有机质的稳定性(C=C/COO或C=C/C=O)先降低后升高,与沟头相比,沿沟道分别降低了20.1%、23.9%、13.6%和11.4%,可能与63~250μm粒级变化有关,且粒级间表现出<63μm中的官能团沿沟道较为稳定。(3)沟道泥沙中细菌群落存在明显的空间差异。从沟头到出口,变形菌门(Proteobacteria)的相对丰度降低了20.2%,蓝藻菌门(Cyanobacteria)和疣微菌门(Verrucomicrobiota)分别升高了280%和420%;α-多样性沿着沟道显著降低(P<0.05),observed-species指数、Shannon指数和Chao1指数分别降低了21.6%、8.7%和21.2%。不同粒级泥沙中细菌群落也存在明显的空间差异,63~250μm和<63μm粒级中变形菌门、蓝藻菌门和疣微菌门的相对丰度均变化显著,α-多样性从沟头到出口均显著降低(其中<63μm粒级中的α-多样性指标较大)。各粒级泥沙中,细菌群落在不同空间位置聚类明显,群落结构差异明显,此外,细菌网络结构沿沟道逐渐趋于稳定,模块化系数从沟头的0.56降低到出口的0.38,出口处抗干扰能力最强,在63~250μm和<63μm中网络结构沿沟道也具有相同趋势。(4)从沟头到出口泥沙中真菌群落差异显著。子囊菌门(Ascomycota)的相对丰度沿沟道显著降低了40%,担子菌门(Basidomycota)和壶菌门(Chytrdiomycota)分别呈现出先减后增和先增后减的显著趋势(P<0.05),α-多样性从沟头到出口逐渐降低。而且,各粒级泥沙中真菌群落空间差异明显,63~250μm和<63μm粒级中子囊菌门的相对丰度分别降低了35%和47%,担子菌门分别升高了125%和82%,壶菌门在中游增加了400%左右。各粒级中真菌群落α-多样性均沿沟道显著降低(其中<63μm粒级中的α-多样性指标大于其他粒级),此外,真菌群落网络结构沿沟道逐渐稳定,模块化系数从沟头(0.59)到出口(0.52)逐步降低,但63~250μm粒级中模块化系数从沟头(0.45)到中游(0.34)再到出口(0.57)为先降后升的趋势。(5)沟道泥沙颗粒的迁移变化会显著影响到有机质官能团和微生物群落的空间分布。从沟头到出口,泥沙有机质官能团、细菌群落和真菌群落均受63~250μm粒级影响较大。同时细菌和真菌群落与有机质官能团均存在显著关系,其中变形菌门、酸杆菌门和绿弯菌门等细菌门与芳香酰胺(C=O)显著相关,子囊菌门、壶菌门和毛霉菌门等真菌门与羧基(-COO)、芳香族(C=C)和芳香酰胺(C=O)均显著相关。沟道内泥沙颗粒的迁移沉积会显著影响其官能团和微生物群落的组成分布变化,在研究侵蚀导致的生态变化时,泥沙颗粒作为重要影响因子应当被考虑在内。同时,分析有机质官能团与微生物群落在粒级变化条件下的关系,更有助于理解侵蚀地貌下陆地生态系统的生物地球化学过程。