土壤中的硝态氮（NO₃^-）主要是由自养硝化和异养硝化两个过程产生。与自养硝化相比,由于参与异养硝化过程的微生物（如真菌、细菌、放线菌）和底物（如有机态氮、NH₄⁺等无机态氮）复杂多样,目前对于异养硝化作用仍缺乏清晰的认识。近年来,随着硝化抑制剂和¹⁵N同位素标记方法在土壤氮素循环研究中的应用,学者们逐渐认识到异养硝化过程对NO₃^-、亚硝态氮（NO₂^-）和氧化亚氮（N₂O）的产生均具有重要作用。探究异养硝化过程的主要影响因子,阐明其对N₂O排放的贡献,对全面理解土壤硝化作用和氮素循环过程具有重要意义。本研究首先收集并分析了已发表文献中的异养硝化数据,结果显示土壤初级异养硝化速率:总硝化速率之比土壤pH和碳:氮（C:N）比有密切关系,异养硝化作用更易发生在C:N比高的酸性土壤中。如果此相关关系得到试验证实,将为预测异养硝化作用的发生和提高N₂O的估算模型精度提供理论依据。由此,本研究选取中国亚热带地区典型的酸性林地（SF）和农田（SC）土壤,以及温带地区典型的酸性林地（TF）和农田（TC）土壤为研究对象,探究了土壤pH、C:N比以及土壤有机碳（SOC）结构对异养硝化速率及该过程N₂O产生量的影响;并结合微生物定量和测序技术,探索了与异养硝化作用相关的微生物种类,讨论了土壤异养硝化作用的发生机制。一般认为,异养硝化作用多发生在酸性土壤中。然而,在实际的研究中,却观察到有些强酸性土壤的初级异养硝化速率较低,一些酸性较弱土壤的初级异养硝化速率却较高的现象。因此,低pH对异养硝化过程的促进作用并未得到直接验证,与其相关的土壤微生物也鲜有报道。为阐释pH对异养硝化过程及其相关微生物的调控作用,本研究选取异养硝化作用较强的SF和较弱的SC为研究对象,通过30天的pH梯度（3.5、4.5、5.5、6.5、7.5）培养,结合¹⁵N标记((¹⁵NH₄)₂SO₄、K¹⁵NO₃、¹⁵N-甘氨酸)方法和C₂H₂抑制方法定量了不同pH处理土壤的初级异养硝化速率及其对总硝化作用的贡献。结果表明,随pH值降低,SF和SC的初级异养硝化速率均从<0.30 mg N kg^-1 day^-1（pH7.5处理）增大到>1.0 mg N kg^-1 day^-1（pH3.5处理）。异养硝化作用对总硝化作用（异养+自养）的贡献率也随pH值降低而增加到>60%。这一结果证实了低pH对异养硝化过程的促进作用。然而,土壤低pH对自养硝化的抑制作用并未完全得到证实,主要表现在:SF的最低自养硝化速率出现在未调节pH的处理中（pH4.5处理）,而在未经pH调节的SC（pH5.5处理）中,其自养硝化速率却最高。这一结果说明酸性条件下,异养硝化对总硝化作用贡献率增大的主要原因是激发了异养硝化作用,而不是抑制了自养硝化作用。土壤真菌数量与初级异养硝化速率和异养硝化对总硝化作用的贡献率均呈现出显著的正相关关系（P<0.01）,这预示着真菌可能是异养硝化作用的主要驱动者。瓶头霉属（Phialocephala）、氯霉属（Chloridium）和踝节菌属（Talaromyces）真菌可能是进行土壤异养硝化作用的主要真菌属。通常认为,土壤高C:N比有利于真菌的生长和活动,从而促进异养硝化作用的发生。然而,高C:N比对异养硝化过程的促进作用也并未得到直接验证。本研究选取SF和SC,通过设置C:N比梯度（23、19、15、10）,对其进行为期30天和24小时的C:N比调节。之后结合¹⁵N标记((¹⁵NH₄)₂SO₄、K¹⁵NO₃、¹⁵N-甘氨酸)方法和C₂H₂抑制法探究SF和SC的异养硝化作用及相关微生物的变化。研究结果显示,SC的最大初级异养硝化速率出现在CN23处理中(平均0.80 mg N kg^-1 day^-1),初级异养硝化速率随C:N比减小显著降低（P<0.01）。而在SF中,CN15(2.80 mg N kg^-1 day^-1)和CN10(1.38 mg N kg^-1 day^-1)处理中的土壤初级异养硝化速率显著高于CN23(0.17 mg N kg^-1 day^-1)和CN19(0.42 mg N kg^-1day^-1)处理（P<0.01）。这表明C:N比并不是异养硝化作用发生的必要条件。反而,在C源充足的土壤中添加N,或者在N源充足的土壤中添加C将促进异养硝化作用的发生。这一结论在24小时培养实验中也得到证实,即对SC添加乙酸（一种可快速利用的C源）,显著增大了其初级异养硝化速率,而乙酸的促进作用却并未出现在SF中。SF和SC的真菌数量与初级异养硝化速率及其对总硝化作用的贡献率均呈显著正相关关系（P<0.05）,这一结果进一步证实真菌是土壤异养硝化作用的主要微生物。被孢霉属（Mortierella）和木霉属（Trichoderma）真菌可能是SF异养硝化作用的主要执行者,而外瓶霉属（Exophiala）真菌可能是SC异养硝化作用的潜在执行者。在预测异养硝化作用发生时,土壤的C、N库状态应当被充分考虑。由于土壤真菌既可以从SOC的氧化中获取能量,也可以从有机N的氧化（异养硝化作用）中获取能量。因此,SOC的可利用性可能是影响异养硝化作用发生的一个重要因素,即当SOC较稳定,难以利用时,真菌将进行异养硝化作用;而易氧化SOC含量高时,真菌将选择氧化C,异养硝化作用较弱。本试验选取SF、SC和TF、TC为研究对象,利用¹⁵NH₄NO₃和NH₄¹⁵NO₃成对标记方法,结合数值优化模型计算方法定量土壤初级异养硝化速率,采用¹³C核磁共振技术测定SOC的结构组成,并结合微生物定量方法以及结构方程模型（SEM）探究异养硝化作用与SOC结构和土壤微生物间的关系。结果表明,TC的初级异养硝化速率(0.52 mg N kg^-1 day^-1)显著高于其它三类土壤的初级异养硝化速率。土壤SOC含量和C:N比并未与初级异养硝化速率呈现出显著的正相关关系。然而,土壤初级异养硝化速率与土壤难分解SOC（如羰基C、芳香C）含量及难分解:易分解SOC之比（R:L比）均显著正相关（P<0.01）。SEM结果也表明,R:L比较真菌数量对异养硝化作用的发生具有更加直接而显著的作用。这些结果说明,SOC的化学组成对解释和预测异养硝化作用的发生也具有重要意义。土壤是N₂O的重要来源。在以前的报道中,关于N₂O产生途径的研究多集中于土壤的自养硝化作用（NH₃/NH₄⁺氧化作用）和反硝化作用。然而,在热带和亚热带酸性林地土壤中,虽然自养硝化和反硝化作用都较弱,但是其N₂O产生量却高于自养硝化和反硝化作用较强的温带林地土壤。为解释这一看似矛盾的现象,我们采用¹⁵NH₄NO₃和NH₄¹⁵NO₃成对标记方法和N₂O来源分析方法,对SF和TF的N₂O产生途径进行对比研究。结果表明,SF的N₂O平均产生速率为6.9μg N kg^-1 day^-1,显著高于TF的N₂O产生速率(4.6μg N kg^-1 day^-1)（P<0.05）。自养硝化作用对SF和TF的N₂O贡献率没有显著差异（平均21～30%）。反硝化作用对SF的平均贡献率为34%,对TF的平均贡献率为54%,但是SF和TF反硝化过程中N₂O的平均产生速率相差不大(平均2.50 vs.2.48μg N kg^-1 day^-1)。然而,异养硝化作用对SF N₂O的平均贡献率为45%,对TF N₂O的平均贡献率仅为15%。而且,SF通过异养硝化作用排放的N₂O平均速率为3.0μg N kg^-1 day^-1,明显高于TF的N₂O平均排放速率(0.7μg N kg^-1 day^-1)。这些结果充分表明,异养硝化作用是导致SF的N₂O产生量较大的主要原因。相关分析表明,SF中较低的pH（r=-0.60,P<0.05）和较高的C:N比（r=0.78,P<0.01）可能是导致异养硝化过程中N₂O排放量高的主要影响因素,其具体的作用机理有待于进一步明确。进一步对SF和SC设置pH为3.5、4.5、5.5、6.5和7.5的梯度值,在30天的培养之后,采用¹⁵N同位素标记((¹⁵NH₄)₂SO₄、K¹⁵NO₃)方法,定量异养硝化作用对N₂O的贡献,探讨异养硝化过程中N₂O的产生与土壤pH的关系。结果表明,SF中,异养硝化过程的N₂O平均产生速率在pH3.5和pH4.5处理下分别为4.36和4.61μg N kg^-1day^-1,显著高于pH5.5、pH6.5和pH7.5处理的产生速率（P<0.01）。SC中,随着pH降低,异养硝化过程的N₂O平均产生速率也由3.99（pH7.5处理）增大到5.74μg N kg^-1day^-1（pH3.5处理）。这表明异养硝化过程中N₂O的产生更易发生在酸性土壤条件下。为了研究异养硝化过程中N₂O的产生与土壤C:N比的关系,以SF和SC为研究对象,设置不同C:N比（23、19、15、10）,并进行为期30天和24小时的培养。采用¹⁵N标记((¹⁵NH₄)₂SO₄、K¹⁵NO₃)方法测定N₂O的产生途径和产生速率。研究结果显示,异养硝化作用对N₂O的贡献率和土壤C:N比显著正相关（P<0.05）,然而,异养硝化过程中N₂O的产生速率与土壤C:N比却没有显著的相关关系（P>0.05）。这主要是由于随着C:N比降低,SF的N₂O产生速率由2.46（CN23处理）增大到4.71μg N kg^-1day^-1（CN10处理）,而SC的N₂O产生速率却由4.17（CN23处理）减小到3.83μg N kg^-1day^-1（CN10处理）。这一结果表明,土壤C:N比不足以预测土壤异养硝化过程中N₂O的产生。土壤本身的C、N状态是影响N₂O产生的重要因素,如在C含量充足的土壤中添加N素,或在N含量充足的土壤中添加C源将促进异养硝化过程的N₂O产生。本文详细阐释了亚热带酸性森林土壤强烈的异养硝化作用是导致其N₂O产生量高的重要原因;低pH可促进土壤异养硝化作用和异养硝化过程中N₂O的产生;而高C:N比不是土壤高异养硝化速率和异养硝化过程中N₂O产生的必要条件,土壤C、N库状态以及SOC的组成（易分解、难分解SOC含量）是影响异养硝化速率的重要因素。这些结果对于深入理解土壤异养硝化作用的发生条件和微生物机理,解释酸性土壤中N₂O排放具有重要意义,为评估异养硝化作用的生态环境效应、提高大尺度N₂O排放的模型估算精度提供理论依据。