引言
随着全球对战略性金属需求的增加，稀土资源的开采速度加快，这引发了人们对它们对水生环境影响的日益关注（Simate和Ndlovu，2014年；Giljum等人，2025年）。离子吸附型稀土矿床具有经济价值，在中国南部广泛分布，传统上主要通过原位离子交换浸出法进行开采（Shu等人，2023年）。与传统酸矿排水（AMD）不同，后者主要由硫化物矿物的氧化产生，而离子吸附型稀土采矿相关的排水过程则受到长期使用硫酸铵[(NH4)2SO4]作为浸出剂的影响较大（Arsène-Ploetze等人，2010年；Zhang等人，2022年；Dong等人，2024年）。在浸出过程中，铵离子（NH4+）通过离子交换作用取代了风化粘土矿物表面吸附的稀土离子，而残留的NH4+和硫酸根离子（SO42?），以及被 mobilized的稀土元素（REEs）和相关金属，随后通过浸出、地下水迁移和地表径流进入周围的水生环境（Chen等人，2022年；Shu等人，2023年）。因此，受采矿影响的水体表现出明显的酸化现象，同时NH4+、SO42?、稀土元素和金属的浓度升高，形成了与传统的硫化物衍生AMD不同的复合污染特征。
河流中的微生物是环境变化的敏感指标，也是水生生态系统生物地球化学循环的关键媒介（Zhu等人，2026年）。对受传统AMD影响的河流的研究表明，酸化和金属负荷的增加会显著改变微生物群落的多样性和生态功能。例如，在铅锌矿区，金属污染的增加与微生物生物量的减少和向耐金属类群的转变有关（Li等人，2024年）。重金属还可能干扰关键酶和细胞过程，从而影响微生物的功能，如硝化作用和有机物分解（Mahapatra等人，2020年；Li等人，2024年）。细菌和古菌作为河流微生物组的主要原核成分，由于在膜结构、能量代谢和生态位方面的根本差异，可能对采矿相关的环境压力有不同的反应（Chen等人，2015年；van Wolferen等人，2022年；Zhu等人，2026年）。特别是，古菌特有的醚键连接膜脂质可以在物理化学压力下增强膜稳定性，而某些古菌谱系的多样化能量代谢方式，包括化能自养和甲烷生成，可能有助于它们在特定生态位中的持续存在（Chen等人，2021年；van Wolferen等人，2022年）。这些生理和代谢特征表明，古菌群落可能对强烈的环境过滤有不同的反应。然而，离子吸附型稀土采矿如何差异性地塑造河流中细菌和古菌群落的组装过程仍不完全清楚。因此，解决这些不同的组装反应对于理解采矿相关的环境压力如何重组河流微生物群落，并选择性地促进具有特定生态特征的类群至关重要。
除了微生物群落的重组外，采矿相关的环境压力还可能重塑微生物的代谢潜力，从而影响多个生物地球化学循环（Coleine等人，2025年）。在河流生态系统中，碳（C）和氮（N）的转化是主要生态系统过程的基础，而硫（S）、铁（Fe）和砷（As）的转化与采矿影响环境中的氧化还原动态和污染物迁移密切相关（Ma等人，2024年）。越来越多的证据表明，这些元素循环并不独立，可以通过共享的底物、氧化还原反应和微生物种群之间的互补代谢能力相互联系（Pan等人，2022年；Wang等人，2022年；Freire-Zapata等人，2024年）。例如，在砷压力下，异养呼吸可以与反硝化、硝酸盐还原为铵（DNRA）、三价铁还原、硫酸根还原和甲烷生成同时发生，这说明C、N、S、Fe、As和甲烷（CH4）相关过程之间存在密切的功能联系（Xiu等人，2022年）。然而，目前尚不清楚稀土矿开采干扰下的微生物群落重组是否伴随着这些生物地球化学途径中代谢潜力的系统再分布，哪些微生物类群可能参与了这种跨循环联系，以及这些变化如何影响污染物转化和其他与环境相关的过程。将16S rRNA扩增子测序与宏基因组学和宏基因组组装基因组（MAGs）结合起来，可以提供一个有效的框架，通过将群落层面的生态重组与多个元素循环中的功能基因分布和基因组解析的代谢潜力联系起来（Freire-Zapata等人，2024年；Mirete等人，2025年）。
在这里，我们提出以下假设：（1）采矿相关的复合污染会增加环境过滤强度，驱动细菌和古菌群落的独特重组模式，其中古菌群落表现出更大的环境选择性和生态位专业化；（2）采矿相关的群落重组将伴随着微生物代谢潜力的再分布，从而改变C、N、S、Fe、As和CH4相关途径之间的潜在联系。为了验证这些假设，我们从中国最大的离子吸附型稀土矿区收集了水样，并结合16S rRNA扩增子测序与宏基因组学和基因组解析分析，以表征不同污染梯度下的微生物群落重组和代谢潜力。具体来说，我们的目标是：（1）比较细菌和古菌群落的生态反应模式，确定它们的组装过程和关键环境驱动因素；（2）表征与C、N、S、Fe、As和CH4相关过程相关的代谢途径，并在群落和基因组层面评估它们的潜在跨循环功能联系。本研究将微生物群落重组与多元素代谢潜力联系起来，提供了关于离子吸附型稀土采矿影响河流中环境风险的微生物生态学视角。
章节片段
研究区域
中国江西省赣州市西南部的Wojiang河流域被选为研究区域（图1）。赣州是中国离子吸附型稀土矿床的主要分布区，占全国储量的50%以上。Wojiang河是长江的三级支流，主河道长度为56公里，流域面积为444.4平方公里（Shu等人，2024年）。该地区具有亚热带湿润季风气候，年平均
水化学的时空特征
大多数水化学参数在三个采矿干扰区之间存在显著的空间差异（图2和表S2）。具体来说，电导率（EC）、铵离子（NH4+）、硝酸根离子（NO3?）、硫酸根离子（SO42?）、镁离子（Mg2+、铁离子（Fe）、锰离子（Mn）、锌离子（Zn）和稀土元素（REEs）在G3区的含量显著高于G1区和G2区，而G1区和G2区之间没有显著差异。相比之下，pH值则呈现出相反的趋势。溶解氧（DO）和总磷（TP）在G1区的含量显著高于G3区，而G2区和G3区之间没有显著差异。WQI-PCA
细菌和古菌群落对稀土元素采矿的共性和差异性生态反应
离子吸附型稀土采矿导致了明显的地球化学梯度变化，表现为pH值下降和稀土元素、铵离子（NH4?）、硫酸根离子（SO42?）及其他溶解组分的浓度升高。沿这一梯度，细菌和古菌的多样性都显著下降，表明这两种微生物领域都受到了强烈的环境限制。类似的微生物多样性减少现象也在其他受采矿影响和金属污染的水生生态系统中被报道过（Li等人，2024年；Zhu等人，2026年）。
结论
本研究系统地揭示了稀土元素采矿干扰下河流微生物群落的组装和代谢功能重组。在复合污染梯度上，微生物群落的α多样性降低，同时显示出明显的空间系统聚类。与细菌群落相比，古菌群落更受局部环境选择的影响，并表现出更大的环境特异性。
未引用的参考文献
Li等人，2024年；Shu等人，2024年
CRediT作者贡献声明
吴书：撰写——原始草案、方法学、调查、资金获取、数据管理、概念化。王鹏：撰写——审阅与编辑、监督、方法学、概念化。杨军：撰写——审阅与编辑、方法学、资金获取、概念化。丁敏军：撰写——审阅与编辑、方法学、调查、概念化。秦磊伟：验证、方法学、调查。黄高翔：资源提供、方法学、调查，
利益冲突声明
作者声明他们没有已知的可能会影响本文工作的竞争性财务利益或个人关系。
致谢
本研究得到了国家自然科学基金（编号：42507323）、江西省自然科学基金（编号：20252BAC200272）和江西省青年科学家和技术人员培养计划（编号：20252BEJ730021）的支持。
吴书|王鹏|杨军|丁敏军|秦磊伟|黄高翔|张华|葛勇
