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硝化作用是氮（N）素循环的重要环节。硝化作用的底物和最终产物都是微生物和农作物生长的重要来源,又可以通过反硝化过程或者厌氧氨氧化过程造成氮气（N2）挥发或者硝态氮的淋洗方式而导致损失。所以研究硝化作用过程对提高土壤的氮肥利用率及降低氮素损失具有重要作用。经典硝化作用是由氨氧化微生物（Ammonia-oxidizing archaea,AOA和Ammonia-oxidizing bacteria,AOB）及亚硝酸盐氧化细菌（Nitrite-oxidizing bacteria,NOB）合作完成的两步硝化过程。2015年发现的某些属于亚硝酸盐氧化细菌（NOB）中硝化螺菌属（Nitrospira）的物种能够直接将氨氧化为硝酸盐,被称为是全程氨氧化微生物（complete ammonia oxidizers,comammox）;只能够将氨氧化为亚硝酸盐的AOA、AOB和只能氧化亚硝酸盐的NOB则可被称为“半程硝化微生物”（incomlplete nitrifers）。本文目的是研究土壤利用与管理模式对全程及半程硝化微生物活性与群落结构的影响。选取两种母质（红壤和紫色土）发育的水田、旱地和林地为研究对象,以土壤硝化势（PN）和亚硝酸盐氧化势（PNO）分别表征土壤的总硝化活性（AOA、AOB、COMAMMOX和NOB）和亚硝酸盐氧化活性（NOB和COMAMMOX）,利用荧光定量PCR（qPCR）技术测定土壤硝化微生物6个功能基因（AOA和AOB、NOB的nxr A和nxr B及comammox Nitrospira的clade A和clade B）的丰度,高通量测序分析AOA、AOB及NOB的nxr A和nxr B群落结构组成及克隆测序分析comammox Nitrospira群落结构组成。其次选取不同土壤类型（吉林黑土、郑州潮土、陕西黄土、重庆紫色土和湖南红壤）的耕地、休耕地和林地为研究对象分析土壤硝化微生物活性,qPCR和宏基因组测序分析土壤硝化微生物6个功能基因的丰度和群落结构组成。本文还选取不同休耕年限（休耕年限:0、3、11、30和林地）红壤为代表研究休耕对土壤硝化微生物活性、丰度及群落结构组成影响。主要研究结果如下:（1）红壤和紫色土发育的土壤硝化势（PN）分别为0.11～0.37μg NO3--N g-1 dry soil h-1和0.18～0.46μg NO3--N g-1 dry soil h-1,土壤的亚硝酸盐氧化势（PNO）的变化范围分别是0.13～0.86μg NO3--N g-1 dry soil h-1和0.44～1.46μg NO2--N g-1 dry soil h-1。土壤（硝化势）PN和（亚硝酸盐氧化势）PNO的最大值是水田土壤,最小值在林地土壤,差异显著（P<0.05）。紫色土发育的土壤PN和PNO均高于红壤发育的土壤,这意味中性水田土壤的环境更加有利于土壤硝化作用的发生。红壤发育的水田、旱地和林地土壤的AOB amoA基因的丰度分别3.32×10~6、2.76×10~6和1.74×10~5 copies g-1 dry soil,紫色土发育的水田、旱地和林地处理的AOB amoA基因的丰度分别为1.38×10~7、3.02×10~6和3.60×10~5 copies g-1 dry soil,结果表明水田土壤中AOB amoA基因的丰度比旱地和林地土壤高,可能是中性水田土壤中硝化作用的主要推动者。土壤利用方式显著影响AOA/AOB比率,林地土壤的AOA/AOB比率高于水田和旱地土壤,而旱地和水田土壤的AOA/AOB比率差异不大。基于AOA和AOB群落多样性指数发现旱地土壤的AOB的群落多样性高于水田土壤,林地土壤的AOA群落多样性高于水田土壤。这表明AOA在林地土壤中更具有生存优势。水田土壤和旱地土壤的nxr A基因的丰度显著高于林地土壤（P<0.05）。紫色土发育土壤nxr B基因的丰度最高丰度出现在林地处理(4.19×10~7copies g-1 dry soil),而且红壤发育的林地土壤的nxr B基因丰度高于nxr A基因丰度。研究发现林地土壤中nxr B/nxr A比率高于水田和旱地,基于NOB的nxr A和nxr B群落多样性指数发现水田和旱地土壤的Nitrobacter nxr A群落多样性高于林地土壤。这些结果表明Nitrospira适合在林地土壤生长,而Nitrobacter更适应在水田和旱地中生长。水田土壤中检测要较高丰度的comammox,旱地和林地土壤中comammox clade A amoA基因的丰度高于comammox clade B的丰度。高通量测序结果表明紫色土发育的水田土壤主要的AOB有Nitrosospira属（86.5%）、而旱地土壤中AOB主要有Nitrosospira属（53.1%）、Nitrosovibrio属（19.5%）和Nitrosomonas属（15.2%）,这表明土壤利用方式对AOB群落结构组成有显著影响。水田和旱地土壤中的NOB主要是Nitrobacter-like NOB,紫色土发育的林地土壤中主要是Nitrospira-like NOB,红壤发育的林地土壤中NOB有Nitrospira属（5.3%）,Desulfuromonas属（4.5%）,Nitrosococcus属（4%）,但是仍以Nitrospira属为主要。克隆测序结果表明红壤发育的水田土壤中的comammox主要是由Nitrospira inopinata和Nitrospira nitrosa物种构成的,而紫色土发育的水田土壤的comammox主要是Nitrospira inopinata物种,而旱地土壤主要的comammox主要是Nitrospira inopinata物种。（2）耕地土壤的硝化势（PN）和亚硝酸盐氧化势（PNO）显著高于休耕地和林地。河南潮土耕地的PN最高,其值为1.26μg NO3--N g-1 dry soil。研究发现休耕30年后土壤的硝化势（PN）显著降低,林地土壤的PN达到最低值。相较于吉林黑土、河南潮土、陕西黄土、重庆紫色土和湖南红壤的耕地,休耕地土壤的硝化势（PN）分别减少了15.88%、39.55%、45.36%、30.66%和53.15%,进一步分析发现随着休耕年限的增加,土壤硝化势（PN）和亚硝酸盐氧化势（PNO）呈下降趋势,休耕0年土壤的硝化势（PN）和亚硝酸盐氧化势（PNO）分别为0.37μg NO3--N g-1 dry soil h-1和0.86μg NO2--N g-1 dry soil h-1,这些研究结果表明休耕30年后土壤的硝化活性降低。qPCR分析发现休耕地的AOB amoA基因的丰度均显著低于耕地（P<0.05）,分别低了73.3%、77.4%、79.1%、83.69%和94.56%。吉林黑土和河南潮土的休耕地的AOA丰度显着增加,陕西黄土和重庆紫色土的休耕地的AOB amoA基因的丰度显着降低（P<0.05）,湖南红壤的休耕地的AOB amoA基因的丰度比其AOA amoA基因的丰度低了2个数量级,这表明休耕30年后的土壤影响AOA和AOB丰度。随着休耕年限的增加,AOB amoA基因丰度依次降低,而休耕3年,11年和30年的AOB amoA基因的丰度没有显著差异,休耕30年的AOB amoA基因丰度最低。AOA/AOB基因丰度的比率随着休耕年限增加而增加,这表明休耕年限影响土壤AOA和AOB的丰度,AOA可能是休耕土壤中硝化作用的主要推动者。不同土壤类型休耕30年后的土壤nxr B/nxr A的比率高于耕地土壤,且休耕0年、3年、11年和30年土壤的nxr B/nxr A比率依次增加,这表明Nitrospira适合在休耕地土壤中生长。吉林黑土、河南潮土和湖南红壤的休耕地的comammox clade A amoA基因的丰度低于耕地土壤,而comammox clade B amoA基因的丰度高于耕地土壤,分别高了26.66%,27.83%和98.46%。然而陕西黄土和重庆紫色土的耕地、休耕地和林地土壤的comammox clade A amoA基因的丰度依次增加,而comammox clade B amoA基因丰度依次降低。除红壤林地外,随着休耕年限的增加,comammox clade B amoA功能基因的丰度依次增加。宏基因组测序结果表明AOA主要是Nitrososphaera属。相较于耕地,不同土壤类型休耕30年后的土壤会影响AOB的Nitrosospira和Nitrosococcus属占比。NOB的优势种群是Nitrospira属。随着休耕年限的增加,NOB群落结构组成发生变化。基于此,得出以下结论:（1）土壤利用方式显著影响全程及半程硝化细菌的数量,水田土壤中comammox clade A及AOB和Nitrobacter-like NOB数量较高,而林地土壤中则以AOA和Nitrospira-like NOB数量较高;（2）土壤利用方式显著影响全程及半程硝化细菌的群落结构组成,紫色土发育的水田土壤主要的AOB为Nitrosospira属（86.5%）、而旱地土壤中AOB主要有Nitrosospira属（53.1%）、Nitrosovibrio属（19.5%）和Nitrosomonas属（15.2%）,水田土壤和旱地土壤中NOB主要是Nitrobacte,林地土壤中主要以Nitrospira为主要。红壤发育的水田土壤中的comammox主要是由Nitrospira inopinata和Nitrospira nitrosa构成,而紫色土发育的水田土壤的comammox主要是Nitrospira inopinata,旱地土壤主要的comammox主要是Nitrospira inopinata;（3）休耕管理模式显著影响全程及半程硝化细菌的数量,休耕土壤中AOA的数量高于AOB的数量,Nitrospira-like NOB数量高于Nitrobacter-like NOB的数量,休耕对全程硝化细菌数量的影响因土壤类型差别而有所不同;（4）休耕管理模式显著影响半程硝化细菌的群落结构组成,休耕土壤会影响AOB的Nitrosospira和Nitrosococcus属占比。休耕地NOB的优势种群是Nitrospira属。