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N素不仅是宇宙中常见的元素，而且是氨基酸和核酸等有机生命的重要组成部分。大气中的活性氮(Nr)主要包括硝酸(HNO3)、亚硝酸(HONO)、NO、NO2、 N2O等气体，它们参与O3的形成与破坏、氢氧自由基(·OH)的循环及气候变暖等全球性的问题。然而，土壤对HONO、NO和N2O等排放和吸收的机理尚不清楚。本研究通过开展不施肥旱地农田土壤N2O排放观测试验，并利用智能培养系统研究了水氧等因素对土壤消耗N2O的机理;基于双通道气体采样、化学衍生反应和液相色谱-质谱仪联用的原理(LOPAP-HPLC-MS)，开发了一种测定15N标记的大气HONO中15N相对丰度(ψ(15N))的新方法;通过测定高含水量土壤HONO、NO和N2O排放、培养实验、微生物纯种菌株实验、功能性基因分析和群落结构分析等研究了在高含水量条件下土壤HONO的排放。结果表明: 1、在中国科学院太行山山地生态实验站的不施肥旱地农田试验中，我们观测到了土壤N2O的负排放，其通量为-26.0至-726μgN m-2 h-1，并且土壤吸收N2O的过程持续了整个玉米生长季（2011年4月-10月）。其最大的负排放通量出现在低土壤含水量时，为5-20％ WFPS。室内培养实验表明，厌氧培养的条件下，当土壤质量含水量大于10％时，N2O被快速的还原为N2;即使当土壤质量含水量为1％时，土壤也能够消耗N2O。好氧培养的条件下，N2O被快速的还原为N2的速率随着含水量的增加而加快;当土壤非常干时，质量含水量为2％，也观测到了土壤对N2O的消耗。将好氧干旱的土壤灭菌后，土壤不能还原N2O为N2，证实了这个过程是一个微生物的过程。土壤N2O汇的强度可能与已经报道的其它气体（NH3和HNO3）的N沉降速率相当，这说明在干旱的生态系统中土壤对N2O的消耗也是N循环的一个重要组成部分。在野外试验中，土壤对N2O的消耗随着土壤含水量的增加而降低，而室内实验的结果则表明土壤对N2O的消耗随着土壤含水量的增加而增加。这说明，土壤N2O的消耗和N2的产生由土壤含水量和O2浓度复杂的交互作用共同调节。 2、基于双通道气体采样、化学衍生反应和液相色谱-质谱仪联用的原理(LOPAP-HPLC-MS)，开发了一种测定15N标记的大气HONO中15N相对丰度，ψ（15N)，的方法。这种方法是用LOPAP定量采集气体中的HO15NO，然后通过格里斯反应转化为相对应的含15N染料化合物，用固相萃取管柱将样品分离纯化后，用HPLC-MS测定其15N值。在实验方法的开发过程中，实验方法的平均空白浓度为0.11μM，相当于用动态箱系统测定的大气中～0.4 ppb的HONO。用3σ方法计算的该方法的检测限为0.078μM。为了保证实验方法的精确性，其临界的N进样量为2.03 ng(进样体积为80μL)。这个值相当于用LOPAP测定的气态HONO浓度～5 ppb。本方法测定ψ(15N)值的最优范围为0.2-0.5，其相对标准差＜4％。对该方法萃取样品时的最优pH值及潜在的干扰物质进行了讨论，并将该方法应用到测定添加或不添加15N标记的尿素的土壤排放HO15NO的实验。测定的添加了15N标记的尿素的土壤排放HO15NO的结果证明了由生物作用驱动的土壤HONO排放。 3、通过测定土壤排放的HONO、NO和N2O的规律，发现了一个在高含水量（80-140％ WHC）时排放的峰。该峰HONO值的范围为0.8-189.0 ng N m-2 s-1，而且广泛的存在于不同生态系统的土壤中。通过土壤培养实验、温度依赖性实验及测定细菌纯菌株的HONO排放，发现亚硝态氮的累积可能是造成HONO排放的原因。进一步分析敲除亚硝态氮还原基因（nirBDC和nrfAB）后细菌纯菌株的HONO排放，发现HONO产生的机理可能是由于亚硝态氮的累积引起的高浓度养分胁迫下的生理应激反应，激活了细胞中特定的酶，从而将亚硝态氮以HONO的形式排放到大气中。通过分析土壤测定中硝态氮或亚硝态氮还原基因丰度以及养分浓度的变化，反证了以上的假设。