长期集约化农业使厚包气带累积大量盈余氮素，极端降水事件则加速土壤"盈余氮"向深层淋失。然而，在河流冲洪积与湖泊沉积共存的复杂流域中，极端降水对厚包气带微生物驱动氮转化过程的影响机制尚不明确，加大了污染物迁移转化预测及地下水污染风险评估的不确定性。

针对这一问题，中国科学院遗传发育所农业资源研究中心王仕琴课题组和刘彬彬课题组选择北方典型河流冲洪积流域—白洋淀流域为研究区，揭示了极端降水对厚包气带氮淋失与微生物群落组成影响机制。研究发现，极端降水导致氮累积峰值向下迁移，且迁移速率从上游冲洪积扇到下游湖泊洼地区降低：在渗透性较强的冲洪积扇和泛滥平原区，极端降水通过优先流快速迁移，导致表层氮素快速进入土壤深层（如10m深度出现新的硝态氮峰值），矿化作用增强、铵态氮含量增加；而黏土沉积为主的湖泊洼地区土壤剖面硝态氮累积峰仅从3m下移至6.5m，厌氧氨氧化功能潜力增强。结合结构方程模型与高通量测序分析，研究进一步阐明了极端降水后厚包气带氮素与微生物群落响应的空间异质性及其耦合机制。研究发现约6米深度存在明显的土壤微生物群落组成生态分界线，浅层（6m以上）微生物群落对极端降水引发的短期水文扰动及铵态氮浓度变化高度敏感；深层（6m以下）群落则受氮累积与氧化还原梯度驱动，形成结构更稳定、功能更独特的微生物组。同时，不同地貌单元的微生物响应模式差异显著。冲洪积扇区粗颗粒介质中，硝态氮快速淋失直接驱动微生物群落结构迅速重组；泛滥平原区，土壤水分作为关键变量使微生物对环境变化的响应出现延迟但调整过程更为持久；湖泊洼地区，长期农业遗留氮负荷与相对稳定的水文条件形成天然缓冲，微生物群落主要受控于长期营养累积，而非偶发性降水干扰。

该研究从流域尺度地貌沉积视角，阐明了极端降水条件下厚包气带氮迁移转化的微生物驱动及其空间异质性，揭示了极端降水条件下土壤氮素再分配与微生物群落重塑间的耦合关系，为制定极端气候背景下分区分策的地下水面源污染防控策略提供了重要科学依据。

上述研究成果以“Geomorphic-sedimentary framework governs nitrate migration and microbial dynamics following extreme rainfall in the deep vadose zone”为题，发表在Agriculture, Ecosystems and Environment期刊上。檀康达博士为第一作者，王仕琴研究员为通讯作者。该研究得到了国家重点研发计划（2021YFD1700500）、国家自然科学基金（42377080）以及河北省自然科学基金创新群体研究项目（D2021503001）资助。

全文链接：Kangda Tan, Shiqin Wang, Jiali Lv, Zhixiong Zhang, Binbin Liu, Wenbo Zheng, Bingxia Liu. Geomorphic-sedimentary framework governs nitrate migration and microbial dynamics following extreme rainfall in the deep vadose zone. Agriculture, Ecosystems and Environment, 2026, 407: 110409. https://doi.org/10.1016/j.agee.2026.110409.

图1 极端降水对不同地貌沉积厚包气带氮淋失及微生物群落的响应机制