在國家自然科學基金、國家重點研發計劃等項目資助下，中國科學院華南植物園研究員魯顯楷團隊研究揭示了稀土礦區河流氮匯功能的削弱機制。近日，相關研究成果發表于《有害物質雜志》（Journal of Hazardous Materials）。
論文第一作者、中國科學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系統面臨的重要環境壓力，可導致水體富營養化與河流水質退化。河流可通過氮匯功能，在活性氮進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。
前期研究中，團隊發現，在高氮負荷的城市河流中，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，但同時也增加了溫室氣體一氧化二氮的釋放。
然而，稀土礦業開采往往伴隨銨鹽浸礦殘留、稀土元素遷移、酸化和沉積物擾動等多重環境效應。與高氮負荷城市河流不同，稀土礦區流域同時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）的復合脅迫，從而可能重塑河流的氮循環過程。在REEs-HNMD影響下，河流能否繼續維持氮匯功能、緩解稀土開采帶來的氮污染風險，尚缺乏明確認識。
針對這一問題，研究團隊以典型離子吸附型稀土礦區河流為研究對象，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，綜合運用1?N同位素標記、硝酸鹽氮氧同位素分析、微生物群落測序、反硝化功能基因檢測及結構方程模型等方法，系統評估了REEs-HNMD對河流沉積物氮匯功能的影響。
研究發現，反硝化是稀土礦區河流沉積物中主要的永久性氮去除途徑，而厭氧氨氧化貢獻較小。反硝化并未隨氮負荷升高而持續增強，而是對REEs-HNMD表現出明顯的非線性響應：在中等污染條件下，較高的氮底物供應在一定程度上促進了反硝化；在高污染條件下，稀土元素富集、高氮輸入和沉積物擾動等復合脅迫則顯著抑制了反硝化過程，導致河流氮去除能力下降。功能基因分析、微生物群落結構和硝酸鹽氮氧同位素證據進一步表明，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，進而降低河流對氮污染的自然緩沖能力。
該研究揭示了稀土礦區河流氮循環對復合污染脅迫的非線性響應機制，表明稀土礦區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”轉變為“氮污染傳輸通道”。這一認識拓展了礦區流域氮循環過程的研究視野，也提示稀土礦區水環境治理不能僅關注水體氮濃度的削減，還應重視河流沉積物氮匯功能的保護與恢復。
相關論文信息：https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2026.142223