海洋硝化作用包括从铵盐（NH4+）转化为亚硝酸盐（NO2-）再生成硝酸盐（NO3-）等过程,通常由氨氧化细菌（ammonia-oxidizingbacteria,AOB）、氨氧化古菌（ammonia-oxidizingarchaea,AOA）及亚硝酸盐氧化菌（nitrite-oxidizing bacteria,NOB）共同驱动。硝化作用链接了还原态和氧化态的氮,是氮循环的关键中心环节,能够调节河口和海洋环境中氮元素的源汇过程,对全球气候变化有着十分重要的影响。海洋颗粒物本身不仅能够提供给颗粒附着（particles-attached,PA）类群优越而稳定的生存环境,还能够通过再矿化给予PA类群和自由生活（free-living,FL）类群更丰富的再生营养盐等物质条件,因此颗粒物是调控如碳、氮循环等重要过程的主要场所。不同环境中不同颗粒物分布格局差异对硝化作用、硝化微生物的群落组成和生态位分化等都可能有着显著影响。因此,本论文中,结合qPCR技术、宏基因组、宏转录组及15N同位素添加标记技术等手段研究了九龙江河口、南海海域及龟山岛浅海热液系统等不同营养级水体中分析了分粒径硝化菌丰度和硝化速率,并探讨了潜在的调控机制。本论文的主要研究结果如下:（1）基于AOA和AOB两个类群的amoA基因、AOA和属于NOB类群的Nitrospina和Nitrospira的16S rRNA基因的定量分析,发现在富营养的九龙江口,颗粒物附着的氨氧化和亚硝氧化微生物丰度高于浮游类群;在寡营养的南海海盆,硝化类群以浮游态AOA和Nitrospina为主。针对＞3 μm、0.8-3 μm和0.2-0.8 μm三个粒径上的分粒径硝化速率实验中发现,颗粒物的去除显著地破坏了颗粒物相关的由FL类群驱动的总N循环过程,可能切断了在FL和PA生态位之间重要的化学过程和生物联系。结合分粒级硝化速率、单细胞分粒级硝化速率发现,富营养环境中大粒径整体速率高,而各个粒径的单细胞速率没有显著差异;寡营养环境中则小粒径整体速率高而大粒径的单细胞速率和活性更高,暗示着颗粒物和营养盐的浓度可能会影响不同粒径上硝化微生物的活性表达。（2）在九龙江河口区域的两种不同盐度水体中,针对＞160 μm、20-160 μm、3-20 μm和0.2-3μm这四个不同粒径上的宏基因组数据中分粒级微生物群落组成及促进硝化作用的相关代谢途径等进行深入分析。研究结果显示,硝化类群在＞3μm的大粒径上的丰度较高,且沿着盐度梯度,AOA类群和属于NOB的Nitrospina类群更倾向于海洋环境,而AOB类群和属于NOB的Nitrospira类群则是低盐环境中硝化作用的主要贡献者。结合硝化底物铵盐和亚硝酸盐参与的代谢途径来看,＞20μm的大颗粒物上相较于小颗粒存在着总体更高的代谢活性;其中铵盐主要来自亚硝酸盐还原、尿素降解和谷氨酸盐的代谢作用,而亚硝酸盐主要来自硝基烷裂解和硝酸盐还原作用。两种盐度环境参与氮代谢相关的微生物群落中均捕获了丰富的亲颗粒活性的异养细菌类群,包括γ-变形菌纲的Oceanospirillales、β-变形菌纲的Burkholderiales和α-变形菌纲的Rhodobacterales等。因此进一步推测,异养微生物偏好于附着在颗粒物上进行异养代谢,为颗粒物上的硝化微生物提供氮源。（3）在高颗粒物浓度的龟山岛浅海热液系统中,结合总悬浮颗粒物（total suspended matter,TSM）和分粒级硝化速率在各个层位的分布特征,发现＞3 μm上的颗粒物速率均显著高于0.2-3 μm粒径上的速率。结合水体活性细菌群落的16S rRNA基因高通量测序和宏转录组的分析,证实了硝化类群确实存在于如此高温、酸性的热液系统中。而在氮循环中由Thaumarchaeota/Crenarchaeota执行的氨氧化和由Nitrospina类群执行的亚硝酸盐氧化过程,则可能通过为硝酸盐/亚硝酸盐还原过程提供底物,与反硝化过程发生耦合。同时,分析结果表明变形菌纲是该热液生态系统中最主要的活性细菌群落;完整的硫氧化SOX途径和腺苷5’-磷酸硫酸盐还原途径是整个生态系统的主要产能途径,并可通过为硝酸盐和亚硝酸盐等提供电子,与氮循环中的同化硝酸盐还原及反硝化过程相耦联,揭示了硫氧化细菌在该生态系统中对碳、氮、硫循环过程的耦合具有重要的链接作用。本研究能够有助于我们更好地理解不同颗粒物浓度环境下微生物驱动的硝化作用等生物地球化学过程和这个独特的极端生态系统中氮-硫-碳循环之间的潜在耦合机制。