稻田是甲烷（CH4）重要的排放源之一,约占全球农业生态系统CH4排放量的30%。微生物介导的甲烷好氧氧化是控制稻田CH4排放的重要途径。目前大气中二氧化碳（CO2）浓度已经从工业革命前的280μL L-1急剧上升至413.93μL L-1。持续升高的CO2会通过生物和非生物因素（如土壤碳输入和无机氮含量等的改变）间接对甲烷氧化菌产生影响。然而目前国内外关于稻田甲烷氧化过程对大气CO2浓度升高的响应研究尚不充分。另外,大气CO2浓度是长时间缓慢增加的过程,并非短期内增高至某一浓度后固定不变。CO2浓度骤增处理引起生态系统的响应可能不同于自然条件下CO2浓度渐增的效应。本研究依托田间CO2浓度自动调控平台,以大气CO2浓度为对照（AC）,设置CO2浓度渐增（Gradual increase,GI）和骤增（Abrupt increase,AI）处理。GI处理为在AC基础上,自2016年起每年增加40μL L-1 CO2,直至增幅达200μL L-1 CO2;AI处理为在背景浓度基础上,从2016年直接增加200μL L-1 CO2。采用泥浆培养试验、Illumina Mi Seq测序和定量PCR技术,从基因、群落、活性等多层次上对不同CO2浓度处理下连续两年（2019和2020年）水稻关键生育期（分蘖期,拔节期,扬花期和乳熟期）土壤中的甲烷氧化潜势及其功能微生物丰度和群落结构进行了系统研究。研究结果对预测未来气候变化下甲烷氧化在减缓气候变化中的作用,以及减少农业源温室气体的排放具有重要意义。主要研究结果如下:（1）2019年不同CO2浓度处理下稻田甲烷氧化潜势介于89.2和269.2 nmol g-1 h-1之间;2020年甲烷氧化潜势介于108.0和459.3 nmol g-1 h-1之间。AI和GI处理均显著促进了稻田甲烷氧化潜势的增加。与AC相比,GI使得2019年(CK+160μL L-1)和2020年(CK+200μL L-1)的稻田甲烷氧化潜势分别显著提高了36.4%和36.7%;AI使得两年(均为CK+200μL L-1)的甲烷氧化潜势分别显著提高了32.4%和43.8%。GI和AI对稻田甲烷氧化潜势的影响无显著差异,表明不同CO2升高方式对水稻植株和土壤理化性质的影响虽存在一定差异,但这些差异不足以显著改变渐增和骤增对甲烷氧化潜势的影响。（2）2019年不同CO2浓度下稻田土壤中甲烷氧化菌pmo A基因丰度范围为4.47×10~5～8.59×10~6 copies g-1;2020年pmo A基因丰度范围为1.15×10~5～2.37×10~7 copies g-1。与AC相比,GI使得2019年和2020年的稻田甲烷氧化菌丰度分别显著提高了43.2%和32.5%;AI使得2019年甲烷氧化菌丰度提高了17.7%,但不显著,而2020年丰度显著提高了62.4%。在2019年,GI和AI处理下的甲烷氧化菌丰度存在显著差异,而2020年两个处理下的丰度不存在显著差异。此外,稻田甲烷氧化菌丰度与甲烷氧化潜势呈较好地正相关关系,且CO2浓度升高下两者的变化趋势较为一致,表明大气CO2升高促进了稻田甲烷氧化菌的生长,并增强了土壤甲烷氧化能力。（3）不同CO2浓度处理下稻田土壤中主要存在以下I型菌甲烷氧化菌属:Methylococcus、Methylosarcina、Methylomonas、Methylobacter和Methylocaldum;以及II型菌属:Methylocystis和Methylosinus。其中,Methylocystis是该稻田中的优势甲烷氧化菌属。AI处理显著改变了甲烷氧化菌的多样性,使其OTU数量和Shannon指数显著增加。大气CO2浓度升高还显著改变了甲烷氧化菌的群落组成:I型菌的相对丰度在CO2浓度升高条件下显著增加,但AI和GI处理下I型菌的相对丰度无显著差异。而CO2浓度升高使得II型菌的相对丰度有所下降,且GI处理下II型菌的相对丰度显著低于AI处理。（4）结合不同CO2处理下稻田土壤关键理化性质的变化特征发现,大气CO2浓度升高可能主要通过刺激水稻的生长发育,增强水稻的根系分泌物代谢、分蘖数和通气组织等改变土壤中CH4、O2浓度,以及无机氮水平等,从而对稻田甲烷氧化潜势及其功能微生物群落组成与丰度产生重要影响。