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水稻是世界上重要的粮食作物之一，水稻土不仅在农业生产中具有重要地位，其生态效应也越来越受到关注。随着粮食需求的不断增长，大量氮肥的投入，不仅降低了稻田生态系统的生产力，同时由硝化和反硝化作用造成的氮肥利用效率低、土壤硝态氮淋失和温室气体N2O释放等环境问题。因此，本研究以水稻土为研究对象，通过微宇宙模拟培养，结合15N同位素标记技术和硝化抑制剂乙炔添加，以及功能基因转录表达分析，研究了不同干湿条件下土壤硝化、反硝化作用及其功能微生物的变化特征，以揭示土壤硝化/反硝化过程相互作用发生的环境条件及其中的微生物学机理，阐明二者相互作用对N2O产生的贡献，为土壤氮素管理和温室气体排放预测等提供参考。取得研究结果如下: (1)在不同水分条件下对滨海盐渍土(BH)、哈尔滨黑土(HEB)和桃源红壤(TY)三种类型的水稻土培养结果显示BH土壤和HEB土壤具有较高的硝化活性，但这两种土壤中N2O产生速率均较低。而在TY土壤中，硝化作用在60％WHC和90％WHC条件下均明显发生，以90％WHC处理下最强烈，同时，在90％WHC处理条件下，TY土壤N2O释放，显著高于60％WHC处理和淹水处理，以及其他两种土壤，推测该水分条件可能导致了硝化/反硝化过程相互作用的发生。 (2)基于以上结果，利用15N同位素标记技术对桃源红壤水稻土进行了深入研究，在55％和90％WHC两个水分条件下，利用未标记的和15N标记的NH4NO3分别对土壤进行培养，并设置相应的加0.2％C2H2抑制剂处理以抑制硝化作用，结果发现培养第1天90％WHC处理土壤（90％-15N）中N2O释放量最高，显著高于同等含水量条件下加C2H2抑制剂处理（90％-C2H2）和55％WHC处理土壤（55％-15N）和7天后，表明反硝化作用是N2O释放的主要来源;15N同位素计算结果由硝化作用驱动的反硝化作用占整个反硝化作用的贡献为86.0％，表明90％WHC-15NH4+处理土壤发生了硝化/反硝化过程相互作用，即该水分条件下硝化作用驱动反硝化作用，导致N2O大量产生。 (3)在DNA水平上，氨氧化细菌(AOB)amoA基因在加C2H2抑制剂的处理（90％-C2H2）中显著低于无抑制剂处理土壤，古菌(AOA)amoA基因和反硝化微生物nirK和nosZ基因在不同处理间无明显差异，但在RNA水平上均表现出明显差异。AOA和AOB的amoA基因表达被迅速激活，且在55％WHC处理中最高，随时间延长表达活性降低，乙炔添加显著抑制了amoA基因的表达。在90％WHC处理下，AOB amoA基因表达在第1天显著高于第7天，与观察到的N2O释放一致，而AOA amoA基因表达则相反。相似地，反硝化微生物nirK基因的转录活性也在第1天被快速激活，且在不加C2H2的处理中显著高于加C2H2处理。此外，在加入底物后1天，nosZ基因表达则在90％WHC处理最高，第7天后显著降低，表明反硝化过程被迅速启动，与N2O产生的趋势一致。 (4)对amoA，nirK和nosZ基因的cDNA克隆测序分析表明，90％WHC和55％WHC处理土壤中AOA amoA基因以Soil SedimentⅡ簇为主导，AOBamoA基因以NitrosospiraC12簇为主导，且Nitrosospira C12簇在90％WHC处理中占绝对优势，是该水分条件下硝化作用的主要驱动者;nirK基因的cDNA序列主要为Bradyrhizobium，Mesorhizobium sp.和Nitrosospira tenuis strain三个类群所代表，且以Nitrosospira tenuis strain占主导;nosZ基因的cDNA序列主要为Bradyrhizobium，Shinella，Castellaniella，Uncultured bacterium和Azoarcus五个类群所代表，且以Bradyrhizobium占主导。