河砂是重要的矿产资源。随着我国经济建设的发展，据不完全统计，我国砂石年消耗量达到150亿吨，是煤炭消耗量的5倍多。除少部分海砂和机制砂外，大部分建筑用砂来自于内陆河流和湖泊。
相对于对河砂资源开发久远的历史，我们对于其生态功能的认识才刚刚起步，在其参与的生物地球化学和关键微生物方面的认识更加匮乏。最近研究发现砂质沉积物也是水域生物地化循环的热点区域，越来越过的研究者开始关注砂质沉积物的脱氮功能。
除了直接采砂的影响，筑坝、上游土地利用方式转变和河道人工改造均不同程度影响沉积物粒径组成，改变粒径异质性结构。人类活动引起的粒径的变细或者粒径异质性改变是否会改变砂质沉积物的脱氮功能和关键微生物多样性，从而改变河流的生物系统服务功能？微生物群落结构和功能基因又是如何响应这一变化？这些科学问题急需得到验证和解决。
中科院武汉植物园系统生态学研究团队，通过野外控制试验，在典型采砂河流设置不同的粒径梯度和粒径异质性梯度，对其反硝化潜能、总微生物和反硝化微生物多样性和群落结构、反硝化功能基因丰度、水和沉积物理化特征进行测定，运用NMDS、多元回归和SEM等统计方法进行分析。
研究结构表明：透水性砂质基质和不透水性泥质基质具有不同的群落结构和优势群落。对于透水性砂质基质，粒径结构和异质性改变并没有改变微生物多样性和群落结构。微生物群落多样性、群落结构和脱氮潜能主要由水化学特征控制。功能基因丰度对脱氮潜能无显著性影响。在生态修复应用方面，本研究提出可以尝试用粒径较小的沙漠砂修复河流和湖泊采砂区域；在理论研究方面，本研究提出在砂质基质这种沉积物中，可能存在一些特殊的微生物，例如这些微生物有可能同时兼具硝化和反硝化功能。
研究结果分别发表在Science of the Total Environment和Microorganisms国际期刊。王伟波副研究员为论文第一作者，张全发研究员为通讯作者。该项研究得到国家自然科学基金项目资助。
相关论文：
（1）Microbiome of permeable sandy substrate in headwater river is shaped by water chemistry rather than grain size and heterogeneity
（链接：https://doi.org/10.1016/j.scitotenv.2021.146552）
（2）Denitrification of Permeable Sand Sediment in a Headwater
（链接：https://doi.org/10.3390/microorganisms9112202）
图1 不同砂质基质粒径大小和异质性设计
图2 砂质基质总微生物和反硝化微生物VPA分析
图3 水化学特征通过直接作用控制砂质基质的反硝化速率
