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土壤微生物具有极其繁多的种类和代谢方式，同时介导着诸多重要的生物学和生态学过程。水稻田在我国分布面积广泛，并涵盖了丰富的土壤类型。由于受研究方法的限制，对于不同母质发育土壤中变化多样的理化性质如何影响和决定土壤微生物的群落结构及其生态功能尚不清楚。另一方面，水稻土的淹水—落干管理方式造就了水稻土独特的氧化还原条件，这种独特的条件如何影响土壤微生物的群落结构以及微生物主导的重要元素如碳、氮和硫的生物地球化学循环过程，也是迫切需要解答的科学问题。高通量测序技术和基因芯片技术的发展为挖掘土壤微生物的群落和功能提供了有力工具，结合同位素标记等技术手段，可使我们更深入地理解水稻田土壤生态学过程的微生物学机制。本研究利用Illumina Miseq高通量测序和功能基因微阵列(Functional gene array)技术，对几种典型水稻土及其剖面中微生物的群落结构及功能结构的特征进行了深度分析，解析了各种土壤理化性质和环境因子对微生物群落和功能结构的影响。在此基础上，我们对不同水稻田土壤中近年新发现的氮转化过程—厌氧铵氧化（Anaerobic ammonium oxidation，anammox）的功能微生物（厌氧铵氧化细菌）的群落组成和分布进行了调查，并结合稳定性同位素示踪等技术，对厌氧铵氧化细菌在几种水稻土沿剖面梯度上的活性分布及其群落组成和变化特征进行了深入研究，为揭示水稻田土壤氮素转化特征和机制提供了重要参考。论文取得的主要研究结果如下: (1)三种代表性水稻土剖面微生物的群落结构:对取自江苏滨海（始成土）、广东雷州（氧化土）和湖南桃源（老成土）长期种植水稻的土壤于50*70 cm的聚乙烯桶中建立中型培养土柱，于温室中淹水—落干过冬，并于次年按田间管理方式进行施肥及水稻栽培，于水稻的分蘖期和抽穗期沿0-5 cm，5-20 cm，20-40 cm和40-60 cm四个剖面深度上进行样本采集。利用IlluminaMiseq高通量测序技术对土样中细菌和古菌的16S rRNA基因分析结果表明，土壤细菌和古菌的群落结构在不同类型的水稻土以及土壤剖面梯度上差异显著，但在不同水稻生长期之间差异不明显。同时剖面梯度上微生物的群落结构差异在0-5 cm和5-60 cm的剖面之间最为显著，而在5-60 cm的三个剖面之间微生物群落结构的差异相对较小。CCA和VPA结果显示，土壤环境因子对土壤细菌和古菌群落结构变异的解释量分别为55.6％和76.1％，土壤pH、碳氮比和有机碳等土壤化学性质显著影响土壤细菌和古菌的群落组成。 (2)三种代表性水稻土剖面微生物的功能结构:利用功能基因微阵列技术对以上取自三种水稻土中型培养土柱的剖面样品中土壤微生物的功能结构进行了分析。结果表明，微生物功能基因的多样性和丰度总体上在滨海始成土和桃源老成土中显著高于雷州的氧化土;同时，土壤微生物的功能结构在不同类型的水稻土以及不同水稻生长期之间差异显著，但在水稻土的土壤剖面梯度上变化不明显。CCA和VPA结果显示，土壤环境因素对土壤微生物功能结构变异的解释量为52.4％，同时土壤pH、盐度和有机碳等环境因子显著影响土壤微生物的功能结构。通过分析和碳、氮、磷、硫四种元素转化相关的功能基因信号变化，发现这些功能基因的群落结构也在土壤类型之间存在明显差异，且绝大多数与碳和氮循环相关的功能基因在水稻抽穗期显著上调。 (3)不同水稻土中厌氧铵氧化细菌的多样性:利用16S rRNA基因的PCR扩增-克隆和测序方法，对取自我国10个水稻种植区的大田土壤剖面样品(0-20 cm，20-40 cm，40-60 cm和60-80 cm)中厌氧铵氧化细菌的群落结构和丰度进行了研究。结果表明，检测到的厌氧铵氧化细菌全部为Candidatus Brocadia属和Candidatus Kuenenia，同时Candidatus Brocadia属占到了绝对优势，并且Candidatus Brocadia属有着更广的分布范围。结合环境因子分析显示，土壤pH和铵离子浓度是影响厌氧铵氧化细菌群落结构的重要驱动因子，它们对厌氧铵氧化细菌群落结构的解释量分别为22.2％和27.8％。 (4)不同水稻土中厌氧铵氧化细菌的活性、丰度和群落结构:通过稳定性同位素示踪技术和荧光定量PCR以及克隆测序等方法，研究了温室培养的三种水稻土中型土柱剖面上厌氧铵氧化细菌的活性、丰度及群落结构。研究发现厌氧铵氧化速率在0.02-0.77 nmol N g-1 dry soil h-1的范围内，对水稻土中氮气生成的贡献率为0.4％-12.2％。厌氧铵氧化细菌的活性、丰度和多样性在中性和碱性水稻土高于酸性水稻土，同时在深层(5-60 cm)水稻土高于表层(0-5 cm)水稻土。同大田样品研究结果类似，三种水稻土中厌氧铵氧化细菌以CandidatusBrocadia，Candidatus Kuenenia为主，部分样品检测到Candidatus Jettenia，且其群落组成在三种类型的水稻土中差异显著。相关性分析表明厌氧铵氧化细菌的活性及丰度与土壤pH、盐度及氧化还原电位等由土壤母质所决定的环境因子显著相关，并且沿着水稻土垂直剖面梯度变化的溶解氧浓度也是影响厌氧铵氧化过程的一个重要限制性因子。