随着工农业的快速发展,大量外源氮素进入河流,给河流生态系统带来了巨大威胁。沉积物中硝化和反硝化作用作为河流生态系统中主要脱氮途径之一,对河流氮去除有着重要作用。但有关硝化和反硝化作用在农业小流域源头溪流的研究相对较少,有必要开展源头溪流硝化和反硝化作用的研究,为河流生态系统氮素去除和污染控制提供科学依据。本文以脱甲河小流域的3条典型源头子溪流为研究对象,分析3条子溪流水体和沉积物中各形态氮及理化指标的时空变化特征,研究3条子溪流沉积物中硝化和反硝化微生物活性的变化特征,进一步研究硝化与反硝化微生物各功能基因的丰度,揭示影响沉积物中硝化和反硝化的关键环境因子。本文的主要结果如下:（1）3条子溪流水体TN浓度表现为东山子溪流(1.8-107.1 mg·L^-1)>新沙子溪流(0.93-7.8 mg·L^-1)>伏岭子溪流(0.51-12.0 mg·L^-1),全年大部分采样位点水质超过了国家地表水环境质量标准Ⅴ类水。3条子溪流氮污染严重的位点,水体NH₄⁺-N占TN的比重大,而氮污染相对较轻的位点,则NO₃^--N占比更大。沉积物中NH₄⁺-N、NO₃^--N、TN和SOM等含量整体上均表现出东山>新沙>伏岭的规律,且3条子溪流中氮污染主要以NH₄⁺-N的形式存在。（2）3条子溪流沉积物的潜在硝化速率（PNR）差异明显,整体为东山(36.6μg·（kg·h）^-1)>新沙(23.5μg·（kg·h）^-1)>伏岭(16.3μg·（kg·h）^-1),且大部分采样位点沉积物PNR春季最高。伏岭、东山和新沙子溪流沉积物潜在反硝化速率（PDNR）的变化范围分别为0.17-4.7、0.06-3.9和0.19-3.0 mg·（kg·h）^-1,无显著差异,反硝化作用强度基本相当。各环境变量对3条子溪流PNR和PDNR的影响不同,3条子溪流的主要影响因子差异较大。（3）伏岭、东山和新沙3条子溪流沉积物细菌总数分别为2.7×10¹⁰-2.2×10¹¹、4.3×10¹⁰-4.5×10¹¹和5.2×10⁹-2.4×10¹¹ copies g^-1,整体表现为东山>新沙>伏岭,且大部分采样位点呈现出春秋季高于冬夏季。沉积物中AOA丰度特征基本表现为东山(5.8×10⁸ copies g^-1)>新沙(5.0×10⁸ copies g^-1)>伏岭(3.0×10⁸ copies g^-1)的趋势。AOB也表现出相似的规律,即东山(5.5×10⁸ copies g^-1)>新沙(1.4×10⁸ copies g^-1)>伏岭(8.3×10⁷ copies g^-1)。另外,在污染越高的位点,沉积物AOB丰度高于AOA,AOB更具优势,而污染相对低的位点,则相反。伏岭、东山和新沙子溪流沉积物中nirS基因分别为3.0×10⁷-9.6×10⁸、4.8×10⁷-6.8×10⁸和3.4×10⁶-5.9×10⁸ copies g^-1,nirK基因丰度为2.6×10⁸-2.1×10⁹、2.5×10⁸-1.3×10⁹和4.8×10⁶-2.2×10⁹ copies g^-1,3条子溪流间沉积物nirS和nirK基因丰度均无显著差异（P>0.05）。3条子溪流沉积物nirK基因丰度均比nirS高,反硝化过程中nirK比nirS扮演着更为重要的角色。分析发现,PNR或PDNR与其对应功能基因丰度没有明显的相关性,环境变量可能才是硝化和反硝化速率的主要影响因素。各环境变量对3条子溪流沉积物硝化和反硝化功能基因丰度的影响不同,且不同溪流间差异性较大。综上分析,3条子溪流均存在不同程度的氮污染状况。3条子溪流中沉积物硝化速率和反硝化速率及其相应的功能基因丰度时空差异较大,且与各环境变量的响应较为复杂,主要影响因素不同。本文初步揭示了3条子溪流硝化和反硝化活性、功能基因丰度和环境变量间的关系,但3者相互作用的具体机制还需要更深入的、全面的探究。