【摘 要】
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氮素在土壤中的转化过程与当前诸多生态环境变化相关,其转化过程中释放的氧化亚氮（N2O）又与全球气候变暖和臭氧层破坏密切相关,是仅次于CO2和CH4的第三大温室气体。而且,越来越多的研究发现在土壤氮素转化过程中除微生物作用外,化学过程同样发挥着重要作用。土壤中N2O的排放主要来自硝化反应和反硝化反应,反硝化作用是从硝态氮到分子氮（N2、N2O等）的转化,与硝化作用、固氮作用、矿质化作用等共同构成自然
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氮素在土壤中的转化过程与当前诸多生态环境变化相关,其转化过程中释放的氧化亚氮（N2O）又与全球气候变暖和臭氧层破坏密切相关,是仅次于CO2和CH4的第三大温室气体。而且,越来越多的研究发现在土壤氮素转化过程中除微生物作用外,化学过程同样发挥着重要作用。土壤中N2O的排放主要来自硝化反应和反硝化反应,反硝化作用是从硝态氮到分子氮（N2、N2O等）的转化,与硝化作用、固氮作用、矿质化作用等共同构成自然界氮循环。其中生物与化学反硝化作用对N2O排放的相对贡献尚不明确。因此了解不同硝态氮供应、环境条件下土壤反硝化过程反应机理及N2O释放效应,对高效利用氮肥和有效减少土壤N2O排放具有重要意义。铁作为地壳中丰富的活性金属元素,其自身不断氧化还原价态转变的过程也驱动着其他元素的地球化学循环过程。铁循环包含亚铁氧化和三价铁还原过程,控制着土壤反硝化、有机物矿化、甲烷产生、重金属固定等环境过程,是连结土壤养分循环与污染物转化的纽带。目前相关研究多以铁作为氮素化学转化过程的电子供体或受体,水稻土中亚铁氧化耦合硝酸盐反硝化的过程的需要进一步研究。本文通选取中国南方典型的红壤水稻土（江西鹰潭余江,红壤站土壤）为研究对象,通过向土壤中添加硝态氮检测相关过程的底物和产物变化,并结合分子生物学技术等,深入理解其中生物化学过程及N2O排放的主导过程与产生机制;本文还从不同角度研究了不同环境条件对硝态氮与亚铁的化学反应的影响,以便为亚铁耦合的硝酸盐还原过程提供化学过程的理论依据。论文得出主要结论有以下内容:（1）通过在水稻土微宇宙环境中添加硝酸盐（NO3-）培养10天,连续取样测试观察其中相关动力学变化,结果表明土壤本身能提供足够Fe（II）的与NO3-反应。其中NO3-主要由反硝化途径消耗,动力学结果未观察到明显硝酸盐异化还原DNRA途径;体系产生NO2-时,NO3-和NO2-共同氧化Fe（II）的能力可能大于Fe（III）被还原能力。同时建立动力学模型得到个过程反应速率并探讨土壤中铁作用下NO3-还原及其他过程的相对贡献。Fe（II）氧化NO3-还原体系中富集的主要优势菌科为Anaerolineaceae、uncultured＿bacterium＿c＿SBR2076、Geobacteraceae、Planctomycetace。（2）通过添加亚硝酸盐（NO2-）于水稻土微宇宙环境中观察其中铁氧化还原、亚硝酸盐还原、N2O的产生等过程的反应动力学,推测本体系中存在Fe-N生物化学反硝化,微生物Fe（III）还原,有机氮矿化,DNRA异化还原过程。本章实验条件下微生物还原Fe（III）能力大于NO2-化学作用氧化Fe（II）能力。微生物群落结构分析,添加NO2-培养10天后,土壤中Geobacteraceae、Bacillaceae被富集情况较明显。（3）土壤N2O排放与NO2-过度积累有密切关系。温度不仅影响土壤微生物代谢及有机质分解,还会对化学反应本身产生影响,不同温度条件会影响Fe（II）-NO2-反应速率、N2O的产生量及化学成矿,但其对NO2-中N、O同位素分馏不产生影响。Fe（II）与NO2-的化学反应在农田土壤中普遍存在,且影响着土壤中的C、N循环。上述研究结果不仅揭示了稻田土壤亚铁氧化耦合硝酸盐还原过程代谢机制及N2O排放规律,还为土壤中与硝酸盐还原亚铁氧化耦合相关的其他过程提供理论依据。
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