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氧化亚氮(N2O)，是仅次于CO2和CH4之后的第三种温室气体，大气中的N2O不仅可以产生较强的温室效应，还会破坏平流层中的臭氧层。大气中81％的人为N2O来自于农业，而农业土壤是N2O的重要来源。我国是水稻种植大国，其水稻耕作面积约占全国农业土地面积的23％。研究表明，在水稻生产过程中，淹水-落干明显促进稻田N2O的排放。尽管水稻植株在落干期间对稻田N2O的排放具有重要的调控作用。但是，水稻根系如何影响稻田N2O的排放还不太清楚。 本研究以第四纪红色粘土母质发育的水稻土为研究对象，通过盆栽试验，分别在分蘖期（营养生长期）、孕穗期（生殖生长期）进行水分落干处理。检测水稻根际和非根际区域的N2O排放通量，采用实时荧光定量PCR(qPCR)和末端限制性片段长度多态性(T-RFLP)分子手段分析水稻根际和非根际土壤中氨氧化及反硝化微生物的丰度及群落结构，同时测定水稻根际和非根际土壤中与N2O排放密切关联的环境因子。其目的主要是揭示水稻根系生长对N2O释放的影响，并阐明其功能微生物机理。主要研究结果如下: (1)稻田土壤淹水时，土壤N2O排放通量很低，且根际和非根际土壤之间N2O排放通量没有差异;而水分落干后，土壤N2O排放通量显著增加，且根际土壤的N2O排放通量显著高于非根际土壤N2O排放通量。这表明稻田水分落干后，根际土壤是稻田N2O排放的重要来源，即水稻根际环境可以促进N2O排放。 (2)与淹水相比，水分落干后发现，根际土壤的DOC含量显著降低，而根际土壤的NH4+-N和NO3--N含量明显升高，且NO3--N含量高于非根际土壤，表明落干处理加速了根际DOC矿化，进而为根际耦合的硝化-反硝化过程提供充足底物，也暗示了根际土壤可能具有较强的硝化作用。 (3)根际土壤中氨氧化细菌(AOB)的数量显著高于非根际土壤，且AOB的群落结构在根际土壤与非根际土壤之间表现出显著的差异;而氨氧化古菌(AOA)的数量和群落结构在根际土壤与非根际土壤之间没有显著差异。这表明水稻根际环境不仅可以促进AOB的数量，还可以改变AOB的群落结构，这可能是根际土壤具有较高硝化作用的主要原因。 (4)水分落干后发现，根际土壤中的narG和nirK基因丰度显著高于非根际土壤，但narG和nirK基因群落结构在根际和非根际之间没有差异;而nosZ基因丰度在根际和非根际之间没有差异，但nosZ基因群落结构在根际和非根际之间有明显差异;这表明水稻根际环境可以促进反硝化细菌数量的增加，有利于根际反硝化作用的进行，进而增加根际N2O产生。 综上所述，水稻根际效应促进了氨氧化细菌和反硝化细菌在根际土壤中的生长繁殖，为根际环境的硝化、反硝化反应提供了功能微生物基础，这使得根际环境具有潜在的硝化、反硝化活性;水分落干可以加速水稻根际土壤中有机碳的矿化作用，这为根际硝化反应供给了丰富的NH4+-N底物，进而产生更多的NO3--N。同时，根际土壤中数量较多的反硝化细菌可以利用这些NO3--N作为反硝化底物，最终产生和释放更多的N2O气体。因此，水稻根际环境中被诱导的硝化-反硝化耦合过程可能是导致水稻根际环境促进N2O产生的主要原因。