2020年6月25日，Science of the Total Environment发表题为“Distribution andmolecular chemodiversity of dissolved organic nitrogen in the vadose zone-groundwater system of a fluvial plain, northern China: Implications for understanding its loss pathway to groundwater”的研究论文，阐明溶解性有机氮（DON）含量及分子构成在非饱和-饱和带全剖面的空间分布特征，探讨微生物群落对DON分子组成的影响。
地下水氮素污染已成为全球普遍关注重大环境问题之一。近年来，研究者逐渐发现地下水中过量存在的不仅是无机氮，还有溶解性有机氮（DON），威胁着饮用水安全和地下水环境安全。农业系统中DON的研究常孤立地关注表层土壤（<100 cm）或地下水，而缺乏DON在非饱和-饱和带全剖面的分布特征。此外，DON是具有不同化学组成和结构的复杂混合物，由于检测方法的限制，有近70%的DON组分未知。本研究基于野外原位调查，分析农业区DON含量在非饱和-饱和带的分布特征，进一步通过FT-ICR MS技术，分析DON分子构成的剖面变化特征，并探讨微生物群落结构对DON分子组成的影响。本研究对揭示DON向地下水中的淋失过程、追踪DON由表层土壤迁移至地下水的关键过程具有重要意义。
NO3--N和DON是非饱和-饱和带中主要的氮素形态。总体上，近表层土壤中NO3--N和DON含量最高，含量随深度的增加而减小。尽管如此，深包气带（> 100 cm）中NO3--N和DON的储量分别占包气带（0-320 cm）NO3--N和DON总储量的47.7%、44.9%。深包气带是DON的重要储存区，对地下水质可能存在长期影响。
非饱和带与地下水中的DON分子组分存在差异。非饱和带中的DON以稠环芳烃类和木质素类为主，而地下水中的DON以氨基糖类、蛋白质类、肽类和木质素类为主。通过分析不同层间共有的DON分子发现，仅有< 2.52%的DON分子可能未经转化直接从表层土壤迁移至地下水中，而绝大部分DON分子在向地下水迁移的过程中发生了分子水平的转化，并且转化过程可能发生在整个包气带。
FAPROTAX微生物功能预测结果表明，近表层土壤和深包气带均具有发生氮素转化的微生物基础；由表层土壤至地下水的整个剖面可能都具有DON转化的微生物基础。网络分析和相关性分析进一步表明，DON分子转化中最活跃的细菌可能是Nitrospira、Bacillus和Sphingomonas，这些细菌可能优先利用高N/C比和高H/C比的DON组分，而导致高度不饱和、高芳香性和高氧含量的DON组分得到累积。
该研究主要由水土污染修复实验室完成，能惠为第一作者、郑西来教授、辛佳副教授为通讯作者，并得到国家自然科学基金重点项目《山东半岛地下水源地硝酸盐富集的关键地球化学过程》（41731280）的资助。
Fig. The distribution of dissolved N (NO3−-N, NH4+-N, NO2−-N and DON), moisture, and lithology in the vadose zone (histogram)
图1 非饱和带溶解性氮含量（NO3−-N, NH4+-N, NO2−-N and DON）、含水率和岩性的垂向分布特征
Fig. 2 Spearman's rank correlations between the relative abundance of bacteria and DON components
图2 细菌与DON分子组分之间的斯皮尔曼相关系数热图
论文引用：
Nai Hui, Xin Jia, Liu Yang, Zheng Xilai, Lin Zhiwei.Distribution and molecular chemodiversity of dissolved organic nitrogen in the vadose zone-groundwater system of a fluvial plain, northern China: Implications for understanding its loss pathway to groundwater. Science of the Total Environment, 723. doi: 10.1016/j.scitotenv.2020.137928.
论文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0048969720314418