土壤反硝化作用是氮素循环的重要过程,是旱地和水田氮肥转化的关键途径。同时反硝化过程是产生N2O的主要环节,N2O是仅次子CO2和CH4的第三大温室气体,而且被认为是21世纪导致臭氧层破坏的最重要的单一气体。农田土壤是人为活动引起的N2O排放的主要来源,是国内外关注的N2O减排的热点领域。反硝化过程由硝酸还原酶基因(narG/napA)、亚硝酸还原酶基因(nirK/nirS)、一氧化氮还原酶基因(cnorB/qnorB)和氧化亚氮还原酶基因(nosZ)驱动的将NO3-转化为NO2-、NO、N2O和N2的复杂过程,近年来随着分子生物学技术在土壤学领域中的应用,有效地推动了土壤反硝化过程机理的研究,包括反硝化功能基因的PCR扩增、土壤中功能基因群体的数量分析(qPCR)和种群结构分析(DGGE、T-RFLP),以及与施肥、耕作制度、水分管理等的耦合关系；土壤功能微生物种群与土壤反硝化能力及N2O排放动态的关系等。但总体上关于土壤反硝化过程微生物机制的研究还处于初级阶段。其主要特点是：随机选择反硝化过程中的功能基因开展研究,缺乏对功能基因间的联系和整个反硝化过程的系统认识；对反硝化基因的研究还主要停留在DNA水平上,在转录及表达水平上的研究还很欠缺,即对反硝化功能基因的驱动作用机理的认识不够；对于各反硝化功能基因的研究目前主要是研究基因群体整体反应,对于起关键作用的优势种和菌株的研究少。对于N2O排放的微生物驱动机制研究也有类似情况,目前大多研究相关功能基因的丰度与组成结构与N2O排放通量的关系,对N2O排放的直接作用机制还不清楚,因此调控N2O排放还缺乏有效的措施。