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硝化-反硝化过程是土壤氮素转化的主要途径，硝化过程造成作物氮素利用率下降，过量的硝酸盐进入水体引起富营养化等环境问题。对于农田硝化过程，施用合成硝化抑制剂是提高肥效、减少氮素流失的有效手段，然而其大规模使用也存在价格高、污染风险大等限制。近年来，环境友好的生物硝化抑制剂受到了研究人员的广泛关注，一些高效的生物硝化抑制物质已从牧草和高粱根系分泌物和提取物中一一被揭开面纱。然而，主要粮食作物水稻的生物硝化抑制效应尚无明确结论，源于水稻根系的生物硝化抑制剂也未见报道。对于已从农田损失进入河网和湖泊的氮素，利用水生植物浮萍-反硝化微生物高效耦合系统是一种生物净化的有效方式。前人研究表明浮萍主要通过促进根际反硝化过程促进水体脱氮，并明确了浮萍根系分泌物中特定的反硝化促进剂—脂肪酸酰胺和脂肪酸，然而它们的作用机制以及环境调控因子尚不清楚。 本研究以植物-微生物相互作用为主线，重点研究植物源化合物对土壤硝化和水体反硝化过程的调控。本文系统探索了水稻根系的生物硝化抑制现象，挖掘了根系分泌的特定硝化抑制物质类型、作用机制和应用前景，并探讨了水稻生物硝化抑制效应与其氮素利用率之间的联系。在相关研究基础上，优化了浮萍根系分泌物的收集和定量方法，并对浮萍来源的反硝化促进剂的作用机制和调控因子进行了研究。主要研究结果如下。 (1)对于19个水稻品种根系分泌物的研究发现，籼稻和粳稻均能有效抑制关键的亚硝化细菌——欧洲亚硝化单胞菌Nitrosomonas europaea的氨氧化过程。相同根重收集的6周苗龄的水稻根系分泌物较3周苗龄的分泌物抑制能力更强;中九25(ZJ25)和武运粳7(WYJ7)分别是籼稻和粳稻中，硝化抑制效应最强的品种。通过GC-MS的鉴定发现，1，9-癸二醇是从水稻根系分泌物中鉴定出的特定生物硝化抑制物质，能抑制氨氧化过程的氨单加氧酶(AMO)途径，ED80为90μg mL-1。与其他生物硝化抑制剂相比，1，9-癸二醇和其他脂肪醇类物质在实际土壤中亦具有可观的硝化抑制能力。 (2)用GC测定水稻根系分泌物中1，9-癸二醇含量发现，约60％硝化抑制品种的根系分泌物中具有该物质，其中WYJ7中含量最高(477 ng g-1 root DWday-1)，无硝化抑制效应品种的根系分泌物中未测得该物质。15N同位素标记实验发现，硝化抑制品种武运粳7(WYJ7)和促进品种武育粳3(WYJ3)分别具有更高的NH4+吸收效率和NO3-吸收效率。相关性分析表明，水稻的生物硝化抑制效应、根系分泌物中1，9-癸二醇含量与水稻铵态氮吸收效率以及铵态氮偏好（根吸收铵硝比）均呈正相关关系，表明生物硝化抑制对提高水稻氮素利用率具有重要意义。 (3)针对浮萍来源的显著促进反硝化过程的油酸酰胺和芥酸酰胺，研究发现，GC测定油酸酰胺、芥酸酰胺的检测限分别是10.3 ng mL-1 and16.1 ng mL-1，显著低于LC测定的检测限（1.7和5.0μg mL-1）。GC定量分析表明，使用连续收集法收集紫背浮萍根系分泌物中上述两种物质含量（50.20±4.32和76.79±13.92μg kg-1 FW day-1）显著高于（5倍）静置收集法收集（10.88±0.66和15.27±0.58μg kg-1 FW day-1）。两种脂肪酸酰胺在高氮水平下(＞300 mg L-1)分泌显著增加，并与浮萍的相对生长速率负相关。对于促进机制的研究表明，芥酸酰胺通过促进反硝化微生物的反硝化过程促进氮的去除，主要作用于细菌的两个反硝化关键酶，硝酸还原酶NAR和亚硝酸还原酶NIR。 (4)植物培养实验表明，培养密度、磷水平和光周期对浮萍体内脂肪酸含量无调控作用;部分植物（浮萍、槐叶苹、水稻）在高氮水平（300 mg L-1）下生长受抑制，但体内脂肪酸含量维持较高水平，可能存在对高氮水平的上调响应。浮萍正常生长状态下，不同种类脂肪酸分泌量在高氮水平下显著增加(2.3-3.9倍)，因此其对氮水平有积极响应。