城市河道经黑臭整治后仍存在较高氮营养盐的普遍性问题,硫作为河道生态系统中重要的组成元素,其对河道氮转化过程的影响作用不容忽视,传统化能自养的“厌氧氨氧化”和“硫自养反硝化”如何参与其中的氮转化是一项值得探讨的工作。本研究在对经黑臭整治工程后的河道现状调研的基础上,结合高通量测序、荧光定量PCR、宏基因组学和宏转录组学技术,系统评定了不同外部调控下硫自养反硝化与厌氧氨氧化的耦合潜力,并通过构建河道实验模拟体系,进一步研究不同外部调控（底泥投加硝酸钙、间歇曝气、硫代硫酸钠投加和黄铁矿投加）下硫自养反硝化与厌氧氨氧化过程的耦合作用关系,解析其中的微生物作用机制,确定相对优化的调控策略,以期为阐明水圈微生物驱动氮硫循环的基础理论提供有益补充,同时也为解决城市污染河道经治理消除黑臭后凸现的高氮营养盐问题提供技术支撑。主要的研究结果如下:（1）经黑臭整治后城市河道水环境DO含量较高（3.26-6.78 mg/L）,p H值为7.32-7.54,CODMn和CODCr浓度分别为4.80-8.82 mg/L和33.90-42.33 mg/L;上覆水主要氮形态为硝态氮,总氮浓度和总磷浓度分别为2.01-4.27 mg/L和0.15-0.41 mg/L,远高于富营养化的限值;上覆水中硫酸盐含量较高、硫化物含量较低。底泥间隙水中主要氮形态为氨氮,总氮含量为26.60-72.33 mg/L,底泥中AVS（酸可挥发性硫）浓度为2356.15-4042.54 mg/kg。经黑臭整治后城市河道底泥中微生物以氮转化、硫转化以及降解有机物的功能菌群为主导,主要包括与硫氧化相关的Thiobacillus菌属、与反硝化相关的norank＿f＿Steroidobacteraceae、Dechloromonas和norank＿f＿Anaerolineaceae菌属以及与有机物降解相关的norank＿f＿Bacteroidetes＿vadin HA17和norank＿f＿norank＿o＿SBR1031菌属。此外,荧光定量PCR结果表明河道底泥中厌氧氨氧化菌hzs B功能基因含量为4.64ⅹ10~4-1.76ⅹ10~6 copies/g dry sediment。（2）硝酸钙介导下硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合的最佳剂量为NO3--N/AVS=0.4,总氮去除率可达到90%以上,稳定时氨氮浓度为14.10±0.10 mg/L,分析认为该体系中硝酸钙与AVS的剂量比条件有助于刺激硫自养部分反硝化的发生,可为厌氧氨氧化提供反应基质亚硝氮,进而促进了硫自养部分反硝化与厌氧氨氧化过程耦合脱氮。微生物分析表明,NO3--N/AVS比为0.4体系中与硫自养反硝化相关的Thiobacillus（硫杆菌属）和Sulfurimonas（硫单胞菌属）及与厌氧氨氧化相关的OLB14菌属的相对丰度均呈现同步显著增加的趋势。宏转录组测序结果也显示反硝化脱硫菌Thiobacillus和Sulfurimonas及厌氧氨氧化菌Candidatus Brocadia和Candidatus Jettenia在体系中具有活性表达,它们的相对丰度分别为0.12%、0.06%、1.78%和0.07%,进一步说明体系中存在硫自养反硝化和厌氧氨氧化。另外,该体系中与硫氧化相关的功能基因sox B、与反硝化相关的功能基因nar G和nir S及与厌氧氨氧化相关的功能基因hzs B的数量较高,说明该体系增强了硫氧化、反硝化和厌氧氨氧化微生物的活性。宏基因组测序结果也表明,在NO3--N/AVS比为0.4体系中与反硝化和硫氧化过程相关的基因的相对丰度明显增加,特别是膜结合硝酸盐还原酶基因nar GHI的相对丰度较高（0.187%）,证实了体系中存在较强的硫自养部分反硝化过程。（3）典型硫-铁矿物介导下存在硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合过程,但是由于体系中底泥内源氨氮向上覆水释放的影响作用以及较低的硝酸盐含量,使得二者的耦合过程与课题组前期研究结果相比相对较弱。通过高通量测序分析,发现常见的硫自养反硝化菌Thiobacillus为体系中的优势菌属;宏转录测序结果却表明具有活性表达的Thiobacillus相对较少,其在硫代硫酸钠组和黄铁矿组的相对丰度分别为0.020%和0.009%,但同时也发现这两个体系中存在具有活性表达的厌氧氨氧化菌Candidatus Scalindua,其相对丰度分别为0.008%和0.014%。此外,荧光定量PCR结果表明功能基因hzs B、nir S的丰度比显著增加,而功能基因sox B和nar G的丰度比变化较小;在宏基因组测序结果中也发现存在这些功能基因的表达,但不同的是,体系中Nar GHI基因的相对丰度较nir S基因和sox B基因增加得多,且在宏基因组测序中未检测到Hzs基因。这些不一致的结果说明微生物技术存在一定的局限性,因此建议结合同位素示踪技术等更为全面地分析耦合过程。（4）不同外部调控对河道模拟体系中氨氮和总氮的削减效果不同。其中,间歇曝气有利于上覆水氨氮的快速削减（7-9 d）,但该调控对总氮去除效果相对较差,总氮浓度降至2 mg/L以下需要79-82 d;黄铁矿组氨氮浓度低于2 mg/L需要11-13 d,而总氮浓度降至2 mg/L以下需要67-70 d。总体来讲,硫代硫酸钠投加有利于上覆水氨氮和总氮的快速去除,分别需要9-11 d和55-58 d,是相对最优的调控措施,此时硫代硫酸钠投加剂量为S2O32--S/NO3--N=1（摩尔比）。虽然底泥投加硝酸钙有利于河道模拟体系中上覆水氨氮快速削减至1 mg/L以下,但该调控对总氮的控制效果不如潜力实验好,这种差异主要归结于溶解氧含量和硝酸钙投加方式的不同。建议实际工程中尽量往底泥深处注射硝酸钙,使硝酸钙与底泥缺氧体系更好地接触,进而强化内源氮的脱除。不同外部调控对河道模拟体系中硫自养反硝化与厌氧氨氧化耦合的促进作用也不同,研究发现硫代硫酸钠介导下存在较强硫自养部分反硝化与厌氧氨氧化耦合过程,体系中检测到的相关的菌属包括Thiobacillus、Sulfurimonas和Denitratisoma,在细菌中它们的相对丰度分别为2.17%、0.007%和0.50%。此外,荧光定量PCR结果也证实了硫代硫酸钠体系中硫氧化、反硝化和厌氧氨氧化微生物的活性较强,对应的功能基因sox B、nar G、nir S和hzs B的丰度比分别为0.14%、0.05%、5.92%和6.14%。