导语：河流与海洋相遇之处，孕育了一片充满生机的生态沃土——河口。它如同大地与海洋之间的呼吸孔，维系着碳、氮等关键元素的自然循环。然而，随着农业排水、城市污水和养殖尾水不断涌入，过量氮在此堆积，悄悄改变着水下世界：赤潮频发、水体缺氧、生物逃离……河口的生态平衡，正承受着前所未有的压力。但 大自然自有其智慧。在河口的泥沙深处，一场肉眼看不见的“净化行动”每时每刻都在进行——那就是反硝化作用。如同一个高效的“除氮净化器”，无数微生物协作将水中过量的活性氮转化为氮气，释放回大气，从而缓解氮污染、遏制生态恶化。正是这套天然净化系统，维系着河口的生机与平衡。了解反硝化，不仅是认识自然界的精巧设计，也提醒我们要减少氮排放，更好地守护河口的健康，守护我们共同的蓝色家园。
九龙江河口(陈能汪摄)
一、如何工作：从“水中氮”到“空中气”的巧妙转换
反硝化如同一位熟练的“化学魔术师”，其核心使命是将水体中过量的硝酸盐(NO3-)等活性氮，一步步还原成氮气(N2)等气体。这些气体一旦进入大气，便很难再被水中生物直接利用，从而实现了活性氮从水体中的永久“移除”。这是河口生态系统最主要的脱氮途径，有效维持着氮素的“收支平衡”[1]。
这个过程并非简单粗暴。反硝化的“工作效率”与最终产物，会随环境变化而波动。其产物之一——一氧化二氮(N2O)，是一种具有“双重身份”的气体：它既是氮循环的中间产物，也是一种强效温室气体。因此，反硝化不仅调控着河口的养分平衡，也与全球气候变化相关联。
更重要的是，这位“调控者”深谙平衡之道。它的目标并非清除所有氮素(氮毕竟是生命的基本元素)，而是专门去除过量的部分，以防生态系统因“营养过剩”而崩溃。反之，如果氮被去除得太多，导致“营养不良”，同样会危及河口生灵。它的工作，始终在于追求精妙的动态平衡。
二、影响效率：这位“调控者”对环境很挑剔
反硝化过程的强弱，受到一系列环境条件的精密调控：
温度：如同大多数生物活动，反硝化也偏爱温暖。通常在夏季水温较高时更为活跃，但其最适温度范围会随季节和栖息地变化。
盐度：淡水环境通常比高盐度环境更有利于反硝化进行。例如，在河流淡水大量输入的时期，河口的反硝化速率往往会显著提升。
氮与碳的供给：硝酸盐是反硝化的直接“原料”，其浓度高低直接影响反应速率。同时，溶解有机碳等有机物则是驱动这一过程的“燃料”。当“原料”和“燃料”充足且比例适当时，反硝化效率最高[2]。
底质与悬浮物：河口的泥沙、悬浮颗粒物是反硝化微生物主要的“工作平台”。它们不仅为微生物提供附着场所，其自身特性也能创造局部缺氧环境和额外碳源，对维持反硝化能力至关重要[3]。
三、并非独行：生态系统中的团队协作
反硝化并非孤立发生，它深深嵌入整个河口生态系统网络之中。它的效率受到上游硝化作用(将铵盐转化为硝酸盐)的直接影响，因为硝化提供了它所需的“原料”。在富营养化水域，另一种微生物过程(DNRA)可能会与反硝化“竞争”硝酸盐，从而影响整体脱氮效果[4]。
此外，水体富营养化本身对反硝化有着复杂影响：轻度富营养化可能因提供更多养分而促进反应，但严重的藻类暴发导致缺氧后，反而可能抑制反硝化上游的硝化步骤，从而间接限制其进行。这正体现了生态系统各环节相互关联、环环相扣的精妙与脆弱[5]。
四、展望：让自然的净化功能永续
尽管科学界已揭示了反硝化的许多奥秘，但对于不同河口，在不同时间和空间上的演变规律，以及多个环境因子如何交织影响其过程，我们仍有许多未知。持续深入研究，不仅是为了满足科学好奇心，更是为了在实践中更好地保护这个天然“净化器”。
深入理解反硝化，让我们惊叹于自然自我调节的智慧。保护河口湿地、减少氮污染排放、维持水流通畅与生态多样性，本质上都是在维护这台天然“净化器”的健康运转。当我们努力减轻环境的压力，这位沉默而强大的“氮素调控者”，必将更有效地履行其职责，守护河口那片生机勃勃的蓝色家园，也为地球的氮循环与气候稳定贡献不可或缺的力量。
本文作者：陈能汪、王宁宇、栗宇杰。本文由海洋负排放(ONCE)国际大科学计划、厦门大学碳中和创新研究中心、福建省海陆界面生态环境重点实验室的支持。
参考文献：
[1] Pold G, Saghaï A, Jones C M, et al. Denitrification is a community trait with partial pathways dominating across microbial genomes and biomes[J]. Nature Communications, 2025, 16(1): 9495.
[2] Shi W, Zhu L, Van Dam B, et al. Wind induced algal migration manipulates sediment denitrification N-loss patterns in shallow Taihu Lake, China[J]. Water Research, 2022, 209: 117887.
[3] Zeng J, Chen M, Zheng M, et al. Effects of particles on potential denitrification in the coastal waters of the Beibu Gulf in China[J]. Science of The Total Environment, 2018, 624: 1274-1286.
[4] Domangue R J, Mortazavi B. Nitrate reduction pathways in the presence of excess nitrogen in a shallow eutrophic estuary[J]. Environmental Pollution, 2018, 238: 599-606.
[5] Tan E, Zou W, Zheng Z, et al. Warming stimulates sediment denitrification at the expense of anaerobic ammonium oxidation[J]. Nature Climate Change, 2020, 10(4): 349-355.
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