有色金属开采和冶炼产生的尾矿废水中含有多种有机和无机污染物以及多种重金属,对生态系统生物多样性产生了重要影响,导致生态系统功能受损和退化。微生物是生态系统地球物质化学循环的驱动者,其分布模式体现了生态系统的健康状况,而功能适应是微生物群落对环境变化或胁迫的应对机制。微生物对环境污染的响应和适应,致使特定功能类群的结构和组成发生改变,驱动了微生物群落结构和多样性的构建过程。因此,污染生境中微生物群落的分布格局可反映出环境的污染程度,是环境健康的重要指标。本论文采用分子生态学的理论与方法,对位于山西省运城市垣曲县中条山铜基地的十八河铜尾矿碱性废水（AlkMD）中的细菌、真菌和反硝化菌群落的物种多样性、时空动态以及对环境变化的响应机制开展系统研究。旨在回答以下科学问题:（1）细菌和真菌群落沿污染梯度如何分布?哪些因素驱动了这种分布格局?（2）反硝化微生物群落沿污染梯度是如何分布的?其影响因素主要有哪些?（3）微生物群落的分布格局和功能适应对环境变化的响应是否具有一致性?（4）在污染生境中驱动微生物群落结构和多样性构建的机制是什么?本研究通过分析污染梯度对微生物群落结构和功能影响的生态效应,筛选出了影响不同群落时空动态的关键胁迫因子,并分析了环境因子、空间距离和种间关系对群落格局多样性的影响程度,为揭示微生物群落多样性维持和适应机制提供了新的理论依据。主要研究结果和结论如下:（1）细菌群落的季节动态及其驱动因子通过DGGE条形码数据分析表明,细菌群落的组成、多样性和空间分布具有明显的季节动态。虽然细菌群落的丰度和α-多样性在4个季节中均表现为沿水流方向逐渐增加的趋势,但是引起这种变化的主要因子在不同月份间有差异。5月份是温度（T）和锌（Zn）,7月份是pH和硝态氮（NO₃^-）,9月份是总碳（TC）,11月份是电导率（EC）、NO₃^-、亚硝态氮（NO₂^-）和硫酸盐(SO₄^2-)。不同采样点间以及不同季节间细菌群落的空间分布格局（β-多样性）都存在显著的差异,NO₂^-、EC、TOC和EC分别是影响5月、7月、9月和11月细菌群落空间分布的主要因子。为了进一步揭示细菌群落对污染梯度的适应机制,分别对优势类群和稀有类群进行了分析。结果表明,影响优势细菌类群的主要环境因子与影响整个群落的主要环境因子相同,而影响稀有细菌类群的主要因子却与前者不同,说明优势细菌类群主要影响整个群落的空间结构,而稀有细菌类群负责物种的积累,主要影响群落的α-多样性。同时空间距离对群落结构也有明显影响,且对稀有类群的影响更显著。总的来看虽然扩散限制和种间相互作用对细菌群落的空间分布也有一定的影响,但是环境筛选是影响细菌群落发生季节变化的最主要驱动力。（2）细菌群落的空间动态及其驱动因子高通量测序结果表明,在尾矿库的上游（STW1）、中游（STW2）、下游（STW3）以及上游渗流水（SUSW）和下游渗流水（SDSW）中,细菌群落的丰度、物种组成和多样性沿着环境梯度(pH、EC、NO₃^-、NO₂^-和SO₄^2-沿着水流方向形成明显的梯度STW1>STW2>STW3>SDSW)有明显的变化。在SUSW、STW2、STW3和SDSW中细菌群落的α-多样性高于STW1;细菌群落的丰度也是沿着水流方向逐渐增加,在STW1中最低,而在SDSW中最高。所有样品的OTU序列隶属于26个不同的门,其中变形菌门（Proteobacteria）（平均相对丰度为58.95%）是最主要的细菌类群,其相对丰度从上游到下游逐渐减小。这种变化格局的形成主要是由于隶属于变形菌门的反硝化优势类群红杆菌属（Rhodobacter）、噬氢菌属（Hydrogenophaga）、玫瑰球菌属（Roseococcus）和Rhodobaca的丰度沿氮浓度梯度从上游到下游逐渐降低。沿着环境梯度细菌群落具有明显不同的空间分布格局,NO₃^-和NO₂^-的浓度梯度是影响细菌群落空间格局多样性的主要原因。表明在氮污染的AlkMD中整个细菌群落的组成和多样性格局的形成主要由反硝化细菌类群主导,从而表明生态位过程在微生物群落多样性维持中的重要性是由局域环境因素决定的。该研究结果强调了在高度污染的尾矿废水生态系统中,环境梯度的逐级筛选驱动了群落结构和功能相似分类群的聚集。（3）真菌群落的季节动态及其驱动因子真菌群落的丰度、结构以及分布格局有明显的季节变化。在5月和7月真菌群落的丰度沿水流方向逐渐增加,而在9月和11月则是在中间采样点（L2、R2）较高;群落的α-多样性在4个月中均表现为从上游到下游逐渐增加的趋势。该格局的形成主要受环境因子的影响,其中5月份氮含量（NO₃^-、NO₂^-和NH₄⁺）的变化是主要原因,7月份是SO₄^2-和Zn,9月份是碳含量（TC、TOC和IC）,11月份是碳和氮含量。环境逐级过滤驱动了真菌群落分布格局的多样性,但是在不同月份主要的影响因子存在差异,5月是pH,7月是铵态氮（NH₄⁺）,9月是TOC,11月是TC。组成整个群落的优势和稀有类群对环境变化的响应机制不同,由于优势类群有较宽的生态位,分布范围更广,因此受空间距离的影响较小,而扩散限制对群落多样性格局的影响主要体现在对稀有类群的影响上。与细菌群落有所不同,驱动整个真菌群落、优势以及稀有类群结构多样性的关键因子在5月、7月和9月各不相同。表明优势和稀有类群的分布模式共同决定了真菌群落的多样性格局。真菌群落的季节动态主要因镉（Cd）浓度的变化而变化,表明即使在重金属浓度较低的碱性尾矿废水中,重金属依然对微生物群落结构有显著影响。（4）真菌群落的空间格局及其驱动因子在不同采样点真菌群落具有明显不同的分布格局,但是与细菌群落的多样性格局变化趋势不同。在中游（STW2）采样点真菌群落的α-多样性指数最小,结构比较简单,但是丰度却沿水流方向逐渐增多。TOC、As、NO₂^-和EC形成的环境梯度影响了真菌群落的α-多样性。布勒掷孢酵母属（Bullera）、Schizangiella、支顶孢属（Acremonium）和亚罗酵母属（Yarrowia）是主要的优势真菌类群,它们的丰度沿着水流方向都有明显的变化。IC和Zn的浓度梯度影响真菌群落空间格局的分布,总的来说,真菌群落的空间格局也是环境选择的结果,空间距离和种间竞争的作用不明显。（5）反硝化菌群落的季节变化及其驱动因子含有nirS、nirK和nosZ_?功能基因的反硝化菌群落的丰度、组成和结构都有明显的季节变化,这种多样性格局的形成主要与环境变化显著相关。EC、pH、TOC和TC分别是维持5、7、9和11月nirS-反硝化菌群落多样性格局的主导因子;pH、Cd、T和NH₄⁺分别是影响4个月nirK-反硝化菌群落空间分布的最主要因子;而SO₄^2-、Cd、NO₂^-和NO₃^-是对4个月nosZ_?-反硝化菌群落空间分布影响最主要的因子。研究结果表明在底物充足的环境中,氮（NO₃^-、NO₂^-和NH₄⁺）浓度并不是影响反硝化菌群落分布格局的限制因子,而pH、碳以及重金属的影响作用更明显。影响nirS、nirK以及nosZ_?-反硝化菌群落分布格局的主要因素不同,反映出不同反硝化菌群落的适应机制不同。（6）反硝化菌群落的空间格局及其驱动因子反硝化菌群落空间格局的形成,也主要取决于这些沿水流方向有显著变化的局域环境条件（pH、TOC、TC、NO₃^-和NO₂^-）,说明在AlkMD中环境选择是驱动反硝化菌群落空间格局维持的主要原因。碳、氮的可利用性以及pH强度对反硝化菌群落的α和β多样性影响显著。pH和NO₂^-对nirS和nirK-反硝化菌群落的空间格局影响显著,而TOC对nosZ_I-反硝化菌群落的空间格局影响显著。结果表明,环境因子变化是反映反硝化菌群落组成变化的重要指标。同时,对这种格局形成的了解有助于分析不同生态系统中微生物群落组成变化与功能适应的关系。综上所述,在氮污染严重的AlkMD中微生物群落（细菌、真菌以及反硝化菌）具有明显的时空格局,这种多样性格局的形成主要通过环境梯度逐级筛选形成。虽然环境选择是驱动整个群落多样性维持的最主要原因,但是优势和稀有类群对环境变化的响应机制不同,环境过滤对优势类群多样性格局的影响更显著,而扩散限制对稀有类群多样性格局的影响更显著。反硝化功能微生物对环境变化的响应机制与细菌和真菌群落对环境变化的响应机制具有一致性,从而揭示出环境变化通过影响功能微生物类群的组成和结构,进而对整个微生物群落的结构和多样性产生影响,因此我们的结果表明微生物群落的结构和功能对环境变化的响应具有一致性。