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全球经济发展正促使世界范围内进行着一场前所未有的城市化进程。科学家已经意识到城市化进程在全球生物地球化学循环中的重要作用，然而具体有什么样的作用，如何作用于城市和非城市生态系统的功能，目前尚没有明确的答案。全球气候变暖是人类面临的全球环境问题之一。作为一种重要的温室气体，氧化亚氮(N2O)被认为是21世纪最主要的臭氧层破坏物质，而土壤反硝化过程被认为是土壤N2O排放的重要途径。因此，土壤反硝化过程受到研究者的广泛关注。过去几十年，反硝化过程的研究主要集中在农田土壤，关于日益增加的城市土壤研究较少。本论文的主要目的之一是研究城市土壤反硝化过程和N2O排放情况。反硝化过程及其他生物地球化学循环均主要受微生物所驱动，因此，本研究还探讨了中国典型城市公园土壤的微生物群落结构组成及其驱动因子。本研究的主要内容及结果如下: 1)根据研究目的，本研究首先开展了田间N2O排放监测实验，用密闭静态箱法监测了两个城市公园、两个城郊公园和两个农田对照一年四季的N2O排放情况。结果显示，尽管单次采样，城市土壤和农田土壤N2O排放并没有呈现明显的规律性，但年度排放通量结果显示城市土壤比农田土壤排放更低的N2O。 2)上述监测的城市点位均是近二十年没有施肥的土壤，但由于城市土壤氮沉降更高和近年来城市施肥和灌溉管理措施的加强，有必要对城市土壤施肥后的反硝化过程和N2O排放情况进行研究。因此，我们在实验室条件下模拟了氮肥添加（添加量100 mg NO3-N kg-1干土）实验。结果显示:城市土壤相对农田土壤释放更多或更少的N2O主要取决于其氮输入（施肥或氮沉降）。如果城市土壤受到像农田土壤一样剧烈的管理措施，可能会因为城市土壤较高的(nirK+nirS)/nosZ而释放出更多的N2O。因此，我们建议城市土壤的施肥管理需慎重，城市土壤N2O排放量在全球N2O平衡中的贡献需引起重视。 3)由于城市土壤的高度异质性，少数的几个点位得出的结论需要进一步大量数据的验证，我们进一步在区域尺度下2 km×2 km栅格式采样，通过研究土壤反硝化潜势、反硝化功能基因的空间分布来分析和估测城市土壤对N2O排放贡献的相对大小。在区域尺度下，土壤反硝化潜势具有较大的空间变异性，尤其是在受人类活动影响剧烈的农田和城区，土壤反硝化潜势较高，且变异更大;在大片自然林地，土壤反硝化潜势较低。已报道的影响土壤反硝化过程的因子，包括反硝化功能基因、土壤pH、硝态氮含量、可溶性有机碳含量等，并没有呈现出与土壤反硝化潜势一致的空间分布特征。据此，我们推测土壤反硝化潜势受到人类活动的剧烈影响，人类活动可能是影响土壤反硝化更重要的因素。 4)为了进一步分析区域尺度下，土壤反硝化潜势最主要的驱动因子究竟是不是人类活动，我们基于上述栅格采样数据建立了随机森林模型和结构方程模型。研究结果表明，农田土壤中的反硝化潜势最高，其次是城市土壤。土地利用方式是区域尺度下土壤反硝化过程的主要驱动因子，总氮和重金属(Cu、Zn、Pb和Cd)也显著影响土壤反硝化过程。结果进一步表明土地利用方式对反硝化潜势的部分影响是通过影响微生物、pH和底物的有效性(总氮、可溶性有机碳、NO3-)来实现的。本研究对土地管理者的信息非常明确:增加农田和城市土壤的面积将会刺激陆地生态系统中的反硝化过程，从而释放更多的N2O。这些研究结果对于认识人口增长和城市化进程所引起的土地利用方式的快速变化会如何影响全球变化，例如环境污染和气候变化等具有重要意义。 5)对中国典型城市公园土壤微生物群落结构组成的研究表明城市公园土壤中的主要细菌类群是放线菌、变形菌、酸杆菌、浮霉菌、绿弯菌和拟杆菌。土壤细菌的多样性和群落组成受多种因子驱动。土壤理化性质是最重要的驱动城市土壤微生物的一类因子。地理位置和城市化进程对城市土壤微生物群落结构也有显著影响。有将近70％的微生物变异无法被选择的因子所解释，这说明城市公园土壤的高变异性，难以被少量的常见因子预测。 本研究突破了传统单纯的纯微观或宏观分析，结合了微观分子生物学技术和宏观GIS技术手段对高变异性的城市土壤进行了不同尺度的研究，结果表明城市土壤对全球N2O的排放贡献不容忽视，而人类活动是影响各类型土壤N2O排放贡献的主要因素，城市土壤微生物群落结构组成也受到城市化进程的影响。因此，城市土壤施肥和灌溉要慎重，我们建议今后开展更多关于城市土壤N2O的监测研究以及氮的生物地球化学循环研究，为全球氮平衡和N2O减排提供新的数据支持。