有关硝化和反硝化作用的研究，国内外已积累了丰富的经验。结合黄土高原旱作农田的肥力特征，以提高氮肥利用效率、减少土壤氮素损失为目标的研究始终是广为关注的研究热点。在诸多的研究中，针对不同施肥处理土壤的硝化作用研究相对较多，而对于其旱地土壤反硝化作用的研究则是微乎其微。然而，在整个氮素循环体系中，反硝化作用对温室气体N₂O的产生贡献率是最高的，并且农田土壤中的硝化作用是一切硝化反应和反硝化反应的第一步。因此，研究旱地土壤硝化作用、反硝化作用对了解整个氮素循环和降低温室气体的排放有着积极的重要作用。本实验以中国科学院长武黄土高原农业生态试验站长期施肥定位试验土壤为研究对象，在对其基本理化性质、水分特征及生物学性状进行分析的基础上，通过控制土壤水分、温度及施肥种类等外部条件，采用室内模拟培养的试验方法，探讨了土壤水分含量和培养温度对土壤氮素硝化能力的影响，监测了不同施肥处理土壤在反硝化过程中产生的NO、N₂O和N₂的变化特征，比较了不同施肥条件下氨氧化微生物的丰度和分布特征。研究结果对于改善田间施肥管理、减少温室气体排放及提高氮素利用效率具有重要的理论和实际意义。研究获得以下主要结果结论：（1）在供试的长期定位施肥处理的土壤样品中，不同施肥处理的样品之间养分含量存在差异，施用有机肥处理的有机碳、全氮和全磷含量明显高于无肥及施用化肥的处理，施磷及有机肥处理的有效磷含量明显高于无肥及单施氮肥的处理，施用有机肥处理的速效钾含量明显高于无肥及施用化肥的处理，pH值和全钾含量在不同施肥处理间的差异不大。（2）不同施肥处理之间的水分特征曲线具有明显的分组特征，耕作可显著影响土壤样品的水分变化特征，裸地处理的土壤持水能力明显大于有种植的处理，施用有机肥也可以明显提高土壤的持水能力。（3）施用有机肥处理的呼吸速率均显著大于无肥及施用化肥的处理，土壤呼吸与土壤有机碳关系密切，表明微生物活动与施肥具有明显的关系。（4）水分、温度对硝化作用的影响显著，24%的含水率比较适合硝化作用进行。在不同施肥处理的土壤中，15℃温度条件的硝化能力明显低于28℃温度条件下的硝化能力。低温不利于硝化反应的进行，会降低土壤中的硝化势和最大硝化速率大小，且会延缓最大硝化速率出现的时间。（5）长期定位施肥对硝化作用的影响显著，施用无机N肥和有机肥M都会加快土壤硝化作用，但无机N肥的对硝化作用的影响会更显著一些。施P处理对硝化作用影响不显著。（6）有机肥的长期施用增加了土壤呼吸作用，即微生物活性，使得有机肥处理土壤具有较高的NO、N₂O产生速率。但由于其N₂产生速率的相应增加，反硝化产物比值N₂O/（N₂O+N₂）即N₂O排放潜势相对于非有机肥处理并无显著差异。与其他非有机肥处理比较，无机氮肥的长期施用并未对反硝化速率产生影响，但施用无机氮肥土壤具有较高的反硝化产物比值N₂O/（N₂O+N₂）。在当与有机肥混施以后，无机氮肥对土壤反硝化速率和产物比值的影响均不显著。（7）不同施肥处理的氨氧化细菌丰度差异不显著、氨氧化古菌的丰度差异显著。不同处理的氨氧化细菌的amoA基因拷贝数介于1.326×106¹.886×106copies·g^-1（干土）之间，各处理间氨氧化细菌丰度差异不显著；氨氧化古菌的arch-amoA基因拷贝数介于1.329×106⁴.510×106copies·g^-1（干土），表现为NPM>NP>CK>P，NPM处理为对照的3.314倍，呈现显著性差异。（8）采用DCCA法对4个处理进行环境相似度分类，显示P和NPM处理、CK和NP处理分别构成了2个相似类群；4个处理和12个环境因子的关联（CCA）分析表明，不同处理中的氨氧化微生物活跃度以及氨氧化过程强度表现为NMP＞NP＞CK＞P。（9）不同环境因子和不同施肥处理生境相似度分布存在不同的关系，其中反映氨氧化过程的硝态氮含量、氨氧化细菌和氨氧化古菌丰度，以及代表微生物生长主要环境因素的pH值、含水量、全氮和有机碳含量与不同施肥处理导致的生境相似度的分布关系最为紧密。