图形摘要

氮循环和氮转化对生态环境意义重大：氮转化失衡可能导致水体酸化、藻类暴发、温室气体排放等问题。以其对于水质恢复、水生态文明建设的重要意义，相关的科学研究始终是大流域水环境领域的热点。

世界上一半以上的大型河流都受到不同程度的大坝影响，长江也不例外。长江上的梯级大坝和三峡大坝在洪水防控、水量调蓄、农业灌溉、水力发电、水路交通等方面起着重要作用，同时也对自然水生态系统产生了不同程度的人为干扰：如形成不同的水力条件、改变河流的联通性、影响流域中生物群落的分布等。

采样位点

水力条件和微生物活动是控制水体氮循环和氮转化的两大重要因素。已有研究更多地关注于水力条件对氮循环的影响，而微生物群落对河流水体氮转化的影响仍有待深入研究。在大流域尺度上，大坝如何影响水体的氮循环、微生物扮演着怎样的角色，都是十分重要的问题。

距离-不相似度相关性拟合

为了回答这些问题，我们对长江干流进行了系统性的大范围多季节采样。本研究基于水力学参数、理化指标、16S rRNA 基因测序数据，氮相关功能基因定量数据等，采用了多种微生物生态学和统计学的分析方法，对所获取的数据进行了深入分析和合理解释。主要的分析方法有：集合群落的分组分类、距离-不相似度的相关性拟合、微生物群落构建过程中的随机性和确定性生态过程定量、微生物群落中物种共现关系网络构建、结构方程模型拟合等。

微生物群落物种共现网络

本研究得到的主要结论有：相比于地形，大坝对长江微生物群落的分布影响更为显著，微生物集合群落类型的分布也印证了大坝对微生物群落的影响。不同大坝影响区域中的微生物群落特点各异，如具有不同的距离-不相似度衰减系数，受到不同群落构建过程的影响，具有独特的关键物种。此外，微生物共现网络中，大部分关键物种都是分布在整个干流的持久物种。根据悬沙浓度和 βNTI （一个表示环境对群落构建过程影响强度的生态学指标）之间的强相关性，我们发现：梯级大坝和三峡大坝以其独特的水力学条件，筛选出了不同的关键物种，调控了微生物群落的构建机制，影响了长江干流上的微生物群落和其氮转化相关活动，从而改变了水体中的氮转化过程。最终，本研究通过对比结构方程模型的拟合结果证明：大坝通过影响微生物群落构建过程，影响大型河流水体的氮转化。

SEM结构方程模型

综上，我们从微生物生态学的角度，对水力学和生物地球化学循环的问题作出了独特的解读，揭示了不同类型大坝在大流域水体中对氮转化的影响，并强调了微生物在其中的重要性。

本研究是课题组河流微生物生态学的一个重要进展，相关研究结果已以题为 Dams shift microbial community assembly and imprint nitrogen transformation along the Yangtze River (DOI: 10.1016/j.watres.2020.116579) 的论文发表在 Water Research 。