稻田是我国典型且最大的人工湿地系统，是重要的农业生态系统。水稻土有很多类型，其中栖息着大量的微生物。水稻根际由于根系作用形成了一个有利于微生物生长的微生态环境，是微生物作用研究的重要区域。中国是全球水稻产量最高且化肥施用量第二高的国家。为了提高粮食产量，农业生产过程中使用大量的氮肥。然而，氮肥的利用率偏低，只有很少部分氮被植物摄入，大部分氮肥最终以氮气(N2)，氧化亚氮(N2O)等形式损失，造成了资源浪费和环境污染。因此，研究水稻土中氮素(nitrogen，N)转化规律及其机制，了解影响氮素转化的环境因素，对加深氮素循环认识、稻田施肥管理、产量控制及构建健康农业生态系统具有重要意义。　　好氧氨氧化古菌(aerobic ammonia-oxidizing archaea，AOA)和好氧氨氧化细菌(aerobic ammonia-oxidizing bacteria，AOB)在土壤氮循环过程中发挥着重要作用。但在水稻土，影响AOB和AOA活性、群落结构和丰度的环境因子以及AOB和AOA对硝化过程的相对贡献率尚未完全清楚。本论文以中国南方11个地区12个典型水稻土为研究对象，通过泥浆培养、构建克隆文库及实时荧光定量PCR(quantitative PCR，qPCR)等方法对硝化潜势(potential nitrificationactivity，PNA)、氨氧化细菌和氨氧化古菌群落结构、丰度进行测定和分析。结果表明，水稻土中PNA为4.05-9.81 mg NOx--N kg-1干土d-1，存在地域性差异，然而与土壤理化性质不存在显著相关关系;AOA丰度显著高于AOB，说明在所检测水稻土中AOA是好氧氨氧化过程中主要功能微生物;AOA菌属通过系统进化树及比对划分为Nitrosopumilus和Nitrososphaera; AOB划分为Nitrosospira和Nitrosomonas，其中Nitrosospira占主要部分(83.6％)，Nitrosomonas主要分布在中性水稻土中;不同地区AOA和AOB群落结构存在显著性差异，相关性分析表明，AOA和AOB的群落结构主要受pH、土壤总有机碳(SOC)、总氮(TN)和碳氮比（C/N ratio）显著影响。总之，本研究认为pH是影响AOA和AOB群落组成及活性的关键性因素;　　氨氧化过程不仅包含好氧氨氧化过程，还包括厌氧氨氧化（anaerobicoxidation of ammonium，anammox）过程。大量研究发现陆地生态系统中存在anammox过程，但是其在水稻土中的分布、活性和对N损失的贡献至今未得到全面阐述。本论文采用上述12个典型水稻土，利用15N稳定同位素示踪、构建克隆文库和qPCR等方法对anammox活性、群落结构、多样性和丰度进行研究。结果表明，水稻土中检测出‘Candidatus Brocadia’、‘Candidatus Kuenenia’和两种新型未分类的anammox细菌，其中‘Candidatus Brocadia’为优势菌，占50％以上。对功能基因hzsB进行定量分析，其拷贝数为1.16-9.65×104 copies g-1干土;水稻土中anammox活性为0.27-5.25 nmol N g-1干土h-1，估算anammox过程对N损失的贡献率为0.76-12.18％。据估计，中国南方水稻土每年通过anammox过程损失的氮大约为250万吨，大约占水稻生产过程中施入氮肥总量的10％。Anammox速率与功能基因hzsB丰度、NOx-、C/N比显著正相关，同时pH和NH4+是显著影响anammox细菌群落结构的主要环境因子。　　水稻根际是一个重要的微生态系统，是anammox过程发生的热区，但目前水稻不同生育期根际anammox活性、群落结构及丰度仍未报道。本研究通过温室培养实验，采集水稻各生育期根际和非根际土壤，测定anammox活性、群落组成和丰度。结果表明，土壤中共检测出‘Candidatus Brocadia’、‘CandidatusKuenenia’、‘Candidatus Anammoxoglobus’、‘Candidatus Jettenia’和‘CandidatusScalindua’五类anammox细菌，所有土壤中‘Candidams Brocadia’均占主导地位;从水稻生长分蘖期到成熟期，根际anammox丰度显著高于非根际，分蘖期和拔节期根际anammox活性显著高于非根际(分别为0.71 and0.32 nmol N g-1干土h-1);根际anammox活性与NOx-和根系分泌物醋酸浓度显著正相关，根际anammox丰度显著受根系分泌物琥珀酸影响;根际和非根际anammox细菌群落结构在不同生育期存在差异;相关性分析表明，影响anammox细菌群落组成的主要因素为甲酸、柠檬酸、C/N比和NH4+。不同生育期根际anammox活性、丰度和群落组成都发生改变，表明根系分泌物在水稻土anammox过程中发挥着重要作用。本研究认为，以后对水稻土中anammox过程的研究需要考虑到水稻生长周期对其影响。　　水稻各生育期根系分泌能力存在差异，不同分泌物含量和种类对根际微生物群落组成产生影响，但目前对水稻不同生育期根际微生物RNA水平的研究尚未报道。本论文通过illumina高通量测序对不同生育期水稻根际微生物进行DNA和RNA水平分析。结果表明，RNA水平与DNA水平微生物群落结构存在显著性差异，变形菌门(Proteobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、拟杆菌门(Bacteroidetes)和广古菌门(Euryarchaeota)在DNA水平上占优势，而在RNA水平上变形菌门、厚壁菌门、拟杆菌门和酸杆菌门(Acidobacteria)为优势门类。RNA水平上，水稻生育期内梭状杆菌纲(Clostridia)、厌氧绳菌纲（anaerolineae）、拟杆菌纲(Bacteroidia)、酸杆菌（Acidobacteria）、螺旋体（Spirochaetes）、γ-变形菌纲(γ-proteobacteria)、δ-变形菌纲(δ-proteobacteria)和α变形菌纲(α-proteobacteria)相对丰度增加，表明水稻生育期内促进了这些微生物的生长与繁殖，同时表明这些类群微生物是主要的功能微生物。水稻土生境（根际/非根际）对微生物群落结构的影响大于水稻生育期对其影响。影响微生物DNA水平群落结构的主要因素为TN和根系分泌物，而NH4+、总有机碳(TOC)、NOx-、根系分泌物及C/N比是影响RNA水平微生物群落结构的主要环境因子。RNA和DNA水平分析微生物群落结构均表明根系分泌物对根际微生物分布产生重要影响。