河水入渗带作为陆地与水生生态系统的过渡区域,因其显著的硝酸盐降解潜力和复杂的氮转化过程而备受关注。然而,由于河水入渗带沉积物的矿物组成、水化学条件以及水力梯度等多重环境因素的相互作用,硝酸盐还原过程从反应路径到终产物均表现出高度复杂性。因此,本文以富含磁铁矿的河水入渗带环境为研究对象,通过室内模拟实验,系统探讨了有机碳含量和种类对硝酸盐还原路径的影响,定量化关键区域内溶解无机氮浓度及其动态特征,并揭示微生物群落的结构及其响应规律。研究结果表明: (1)有机碳的含量与种类通过塑造功能性微生物群落结构,显著调控了氮素转化路径的选择。同时,水力梯度作为重要的环境要素,通过调控微生物群落的相对丰度,进一步影响了氮素转化反应的强度与程度。 (2)有机碳含量对硝酸盐的降解效率影响不显著,但其通过不同机制显著促进了氨氮的生成。在有机碳不存在的环境中,硝酸盐还原率仅38.8%;而在有机碳存在的环境中,硝酸盐还原率普遍超过80%。其中,C/N比为5时硝酸盐还原率最高,达91.1%。在C/N比小于等于5的环境中,固氮过程占据主导地位,固氮菌种如Ralstonia和Rhizobium的丰度显著增加;而在C/N比大于等于10的环境中,矿化过程成为氨氮生成的主要途径。 (3)有机碳种类对氮的生物地球化学过程具有显著影响。黄腐酸环境中硝酸盐还原率仅1.2%,而丁酸、萘和淀粉环境中还原率分别达到了95.1%、79.7%和57.5%。反硝化过程和DNRA过程在所有碳源环境中均有发生,表明这两种途径是氮素转化的普遍机制。而硝化过程和矿化过程仅在以黄腐酸和萘为碳源的环境中显著发生,固氮过程主要出现在以丁酸为碳源的环境中。此外,丁酸作为碳源显著提高了Acinetobacter等铁还原细菌的丰度;萘富集了Polaromonas等多环芳烃降解菌;而淀粉则促进了Weissella等碳水化合物降解菌的增殖。 (4)水力梯度对氮循环的调控作用因碳源种类而异。减少水力梯度促进了以丁酸为碳源环境中铁矿物的溶解量从2.25 mg/L上升至7.38 mg/L,并进一步增强了固氮过程的效率。而增加水力梯度则使得以黄腐酸为碳源环境中硝酸盐氮含量上升了0.51 mg/L,并推动了以萘和淀粉为碳源环境中硝酸盐还原率分别上升了12.1%和5.1%。