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稻田是大气甲烷排放的重要源。我国稻谷产量世界第一、水稻种植面积世界第二，稻田甲烷排放不同地区水稻土的甲烷排放有一定的差异，微生物则是稻田甲烷产生和氧化的生物源，研究我国稻田甲烷排放的微生物机制具有重要意义。本论文针对我国典型稻田土壤，围绕稻田甲烷产生和甲烷氧化过程，采用微生物分子生态学方法，如聚合酶链式反应（PCR）、实时荧光定量（qPCR）、变性梯度凝胶电泳分子指纹图谱（DGGE）、克隆文库和稳定性同位素核酸探针等技术，研究了长期氮肥施用以及大气CO2浓度升高下稻田土壤产甲烷古菌的丰度和群落结构变化规律，进一步研究了三种典型稻田土壤甲烷氧化动力学规律及其微生物作用者，主要研究结果如下：1、长期施用（>22年）无机有机混合肥（NPK/OM）导致产甲烷古菌数量增加，并可能促进甲烷八叠球菌的生长，但产甲烷古菌整体微生物群落组成变化较小。长期单独施用无机氮肥对产甲烷古菌群落结构影响较小。2、大气CO2浓度升高（FACE）促进水稻分蘖期产甲烷古菌数量的增加，在2009年分蘖期非根际土壤中达到了显著性水平，而对扬花期、拔节期和灌浆期的产甲烷古菌丰度有一定的抑制作用。与根际土壤相比，非根际土壤受到的抑制作用较小。此外，与施用低氮肥相比较，施用高氮肥在一定程度降低了土壤产甲烷古菌的数量。3、低甲烷初始浓度(700ug·L-1)条件下，广东雷州稻田土壤的甲烷氧化速率最小，湖南古市稻田土壤和湖南桃源稻田土壤的甲烷氧化速率较为一致；高浓度甲烷(7000ug·L-1)条件下，湖南古市稻田土壤的甲烷氧化速率最大，广东雷州和湖南桃源的稻田土壤甲烷氧化速率较为一致。进一步采用稳定性同位素13C示踪稻田土壤中甲烷氧化细菌的核酸DNA结果表明三种稻田土壤中活性甲烷氧化细菌种类不同，湖南古市稻田土壤中类型Ⅰ甲烷氧化细菌占所有甲烷氧化细菌的77.8%（克隆文库数据）；湖南桃源稻田土壤中类型Ⅱ型甲烷氧化细菌占所有克隆序列的80%；类型I甲烷氧化细菌主导了广东雷州稻田土壤甲烷氧化。结果表明类型I和类型II甲烷氧化细菌的活性具有一定差异，是稻田土壤甲烷氧化能力空间变异的重要因子。总之，尽管水稻土中产甲烷古菌微生物群落组成较为稳定，但有机无机氮肥混合施用、大气CO2浓度升高可能增加稻田土壤产甲烷古菌的数量。典型稻田土壤的甲烷氧化动力学过程及其甲烷氧化微生物作用者具有一定的地理分布规律。