氧化亚氮(N2O)是三大重要温室气体之一。土壤产生N2O的微生物过程及其影响因素错综复杂，区分土壤排放N2O的微生物过程一直是一个棘手的难题，这给土壤N2O减排措施的制定带来了很大困难。本研究运用稳定同位素技术结合微生物分子检测手段研究土壤排放N2O的同位素数值与土壤微生物群落结构的联系，以期能够为区分土壤的N2O排放源提供一些依据。另外，全球大气N2O的汇和源长期以来存在不平衡。植物排放N2O的现象自发现以来由于缺乏强有力的证据而没有引起足够的重视，因此植物一直未被列入N2O的排放源清单。本论文围绕植物、土壤排放N2O的自然丰度稳定同位素进行研究，比较土壤、植物排放N2O的特征和规律，为进一步验证植物是N2O的独立排放源提供证据。本文获得了以下主要研究结果:　　 (1)通过对大豆两个生长季(2009和201O)的N2O排放观测，发现大豆的N2O排放速率呈现出与发育阶段密切关联的显著季节性波动，即苗期到开花期的N2O排放速率较高(31.94～252.89 ng N2O g-1dw h-1)，而其它时期的排放速率均处于一个较低水平(低于1.31 ng N2O g-1dw h-1)。大豆田土壤(0-10cm)的N2释放速率在0.019～0.487 ng N2O g-1dwh-1(0.44～15.50 ngN2O m-2 s-1)之间波动，其释放速率与土壤含水量(WFPS)呈现出极显著的相关性(p＜0.001)，说明土壤含水量是土壤排放N2O的主要影响因子。大豆、土壤排放N2O的速率与排放CO2的速率之间具有极显著相关性(p=0.001)，表明大豆、土壤排放N2O的速率分别与大豆、土壤微生物的代谢活性密切相关。通过估算，大豆从苗期到开花期的N2O排放量与土壤的N2O排放量相当甚至略高。　　 (2)N2O的稳定同位素测定结果显示，土壤释放的N2O的δ15N和δ18O值分别在-26.7-3.2‰和-24.1～35.7‰之间;相比之下，植物释放N2O的δ15N和δ18O值分别在-4.7～33.1‰和23.7～88.8‰范围内变化。同一采样期，植物、土壤释放N2O的δ15N值存在显著差异(p＜0.05)，排除了植物传输了源于土壤的N2O的可能。植物排放N2O的速率与δ15N-N2O值之间存在极显著的正相关关系(r2=0.76,p＜0.001)，表明植物的N2O排放与植物体内的N代谢活性密切相关。上述植物排放N2O通量及稳定性同位素信号的结果都显示着植物很可能是被忽视的重要大气N2O源。　　 (3)不同生长季的环境因子及作物生长阶段显著影响了大豆田间土壤细菌群落结构及其多样性，且土壤含水量对细菌群落结构的影响较大，不同作物对土壤微生物的群落结构及多样性的影响也存在很明显的差异。然而土壤细菌群落结构及其多样性与土壤N2O排放通量或同位素组成之间并没有发现有显著相关，暗示着产生N2O的微生物可能在总细菌中仅占有很小的比例。　　 (4)在2009年8月10日观测到了低N2O排放通量及低δ15N-N2O值(土壤L)，而在2010年8月4日观测到了高N2O排放通量及高δ15N-N2O值(土壤H)。相比较而言，氨氧化古菌(AOA)在土壤L中的多样性较高，而氨氧化细菌(AOB)在土壤H中的多样性比较高。氨氧化古菌在上述两个土壤的优势菌群截然不同，土壤L的氨氧化古菌的优势菌群为OTU4#和16#，而土壤H的为OTU2#、7#和10#。氨氧化细菌在两个土壤都有3种相同的优势菌群OTU2#、5#和6#。通过测序分析表明，土壤氨氧化古菌都属于泉古菌门，绝大部分OTU归属于土壤来源的Cluster S进化枝，8个OTU归属于源于海洋的Cluster M进化枝;氨氧化细菌都属于β-proteobacteria中的Nitrosospira属，且都归属于Cluster3a和Cluster3b进化枝。　　 (5)不同大豆生长时期，田间土壤的微生物功能群丰度存在显著的季节性波动，AOB丰度的变化趋势与AOA、nirK型反硝化菌和nirS型反硝化菌丰度的变化趋势有很大不同，且不同时期变化更显著。统计分析表明δ15N-N2O值与土壤AOB丰度呈显著相关(r=0.82,p＜0.001)，而与其它菌群丰度的相关性不显著，且土壤硝化潜势与土壤AOB丰度显著正相关(r=0.92，p＜0.001)，也与土壤N2O排放速率显著正相关(r=0.92，p＜0.001)。上述结果显示硝化作用是本研究土壤N2O排放的主要贡献者，其中土壤AOB比AOA起更重要的作用。