系統解析驅動稻田?N₂O?和?CH₄排放關鍵過程的微生物作用機理，為我國農田溫室氣體減排提供重要的科學依據。

由產甲烷菌和甲烷氧化菌參與的?CH₄產生和氧化過程在很大程度上決定了土壤?CH₄排放量；而反硝化作用作為氮循環的一個重要環節，是由土壤中具有反硝化能力的微生物所調控的生物化學過程，也是溫室氣體?N₂O?排放的主要途徑之一。因此，了解CH₄和?N₂O?產生和轉化過程的微生物作用機理對于今后的合理施肥以及控制溫室氣體排放起著至關重要的作用。

中期曬田（落干）是稻田管理過程中重要的農藝措施，稻田淹水-落干過程排放大量?N₂O，水稻土含水量為?80%?土壤孔隙含水量（water-filled pore space，WFPS）時?N₂O?釋放量最大，含水量在?60% WFPS?時細菌比真菌對?N₂O?排放的貢獻要大。接著采用典型水稻土進行了淹水-落干和干濕交替過程的室內模擬試驗，結果發現，淹水-落干過程中氧化還原電位（electric potential，Eh）的變化與?N₂O?釋放動態顯著相關明確了氧化還原點位是調控?N₂O?排放的主導因子。淹水-落干過程中?N₂O?的釋放量主要是細菌作用產生，真菌的貢獻只占?10%?左右。narG?基因豐度和組成與土壤?Eh?和?N₂O?排放速率間呈顯著相關，而?nosZ?基因沒有這種相關性。這表明水稻土淹水-落干過程中含?narG?基因的微生物種群組成和數量是驅動?N₂O?排放的關鍵反硝化微生物種群，而含?nosZ?基因的微生物種群與?N₂O?排放動態并無直接關系。在此基礎上，進一步通過設計土壤培養試驗，系統研究了典型水稻土淹水-落干過程中?N₂O?產生、轉化與釋放的關鍵微生物驅動機制。結果表明，在水稻土落干過程中?0—3?cm土層是?N₂O?排放的主要來源，落干過程中的硝化微生物與反硝化微生物的協同作用是導致表土層產生和釋放大量?N₂O?的關鍵微生物驅動機制。

在淹水-落干過程中水稻根系生長顯著提高了根際區域?N₂O?排放速率，而在?N₂O?排放過程中水稻根際區域土壤氨氧化細菌和含?narG?的硝酸還原菌的數量顯著增加。這說明落干過程中根際土壤比非根際土壤能釋放更多的?N₂O?可能是由于根系生長導致了根際區域有更強硝化和反硝化微生物協同作用的結果。通過功能基因的高通量測序分析進一步證實，根際土壤的β-變形菌綱（Betaproteobacteria）等反硝化種群豐度顯著高于非根際土壤，且不同水分條件和不同采樣時期均表現出同樣的趨勢。這說明水稻根際環境可能會刺激這些反硝化細菌的活性，從而增加土壤?N₂O?釋放潛勢。

磷肥施用促進土壤?CH₄排放，而氮肥顯著提高了土壤?N₂O?排放。稻草還田處理會增加土壤?CH₄和?N₂O?排放。施肥顯著改變了土壤?CH₄和?N₂O產生、轉化相關關鍵功能微生物種群結構、豐度（DNA?水平）和表達種群結構及豐度（mRNA?水平），尤其是其表達結構，對施肥響應更加敏感。不同施肥制度影響土壤?CH₄和?N₂O?產生與轉化可能主要是通過改變相關功能微生物的表達特征調節土壤?CH₄和?N₂O?的產生、轉化，從而控制土壤?CH₄和?N₂O?的排放量。

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