自养硝化菌的碳源为CO2，并从NH4+或NH3的氧化过程中获得能量。自养硝化作用主要包括两个反应阶段[8]：第一阶段是在羟胺氧化还原酶（HAO）和氨单加氧酶（AMO）的催化下，将铵根离子或氨气氧化为NO2-，其中间产物是NH2OH(NOH)；第二阶段是NO2-在亚硝酸盐氧化还原酶（NOR）的催化下，被进一步氧化为NO3-。通常情况下，这两个阶段分别由亚硝酸盐氧化菌（NOB）和氨氧化细菌两种微生物带动完成。

因为在硝化过程的限速过程中需要氨氧化作用，所以在有关氮生物地球化学循环的微生物学研究中，氨氧化过程的受关注程度要高于亚硝酸盐氧化过程。一直以来，变形菌纲中氨氧化细菌进行的专性好氧化自养过程包含具有代表性的氨氧化过程。在氨氧化古菌（AOA）和厌氧氨氧化细菌被发现之后，科学家们才感觉对于氨氧化微生物的了解根本还不够深入。AOA归属于泉古菌门[9]，是一类以重碳酸盐为碳源并独立于AOB进化分支外的进化类群。亚硝化弧菌属、亚硝化球菌属、亚硝化单胞菌属、亚硝化螺菌属和亚硝化叶菌属等AOB菌属可以在土壤中分离出来，但是，当AOB在陆地生态系统中时，其大多数存在于变形菌纲β亚群的Nitrosospira和Nitrosomonas的两个属内。

在AOA和AOB之间，存在于AMO的3个结构基因amoA、amoB和amoC互有不同。AOA通常存在于草地、土壤、农业旱地和森林土壤等陆地生态系统中。总的来说，AOA的amoA基因数量的数量级在陆地生态系统中比AOB高[9]。在农田生态系统土壤中，即使AOA数量明显比AOB多，氨氧化过程也还是由AOB掌控[10]。AOA大多数存在于深层土壤中，而AOB则更多的存在于浅层土壤中，实验表明，浅层土壤的硝化速率要比深层土壤的硝化速率高[11]。在增添硝化抑制剂和乙炔之后，AOA仍然可以对土壤硝化作用产生影响，而AOB与其不一样[12]。

1。2。2 反硝化作用

土壤反硝化作用包括生物反硝化作用和化学反硝化作用，前者起到主要作用。生物反硝化作用是指，NO3-、NO2-或者N2O作为呼吸过程的末端电子受体，反硝化微生物将其还原为NO2-、NO、N2O或者N2。反硝化作用是一个活性氮返归惰性氮的过程，是氮素循环的最后一步，因此反硝化过程对调节生态系统活性氮库和维持大气中氮素平衡具有非常重要的作用。

在真菌和古菌反硝化被发现以前，科学家认为生物反硝化是一个原核表达过程，并且该过程仅由反硝化细菌操作完成。大部分反硝化微生物为异养型兼性厌氧细菌，异养反硝化细菌在有氧条件下，以氧为最终电子受体进行有氧呼吸，不发生反硝化作用。在厌氧条件下，异养反硝化细菌的最终受电子体为氮氧化物，有机碳作为电子供体，进行电子传递氧化磷酸作用。有多种酶参与反硝化作用，其中包括一氧化氮还原酶、氧化亚氮还原酶、硝酸盐还原酶以及亚硝酸盐还原酶。

除了以有机碳为能源的异养反硝化，生物反硝化还包括以其他化学物质为能量来源的自养反硝化。自养反硝化微生物将NO3-还原为N2或N2O的过程称为自养反硝化。脱氮硫杆菌和反硝化硫微螺菌为最常见的自养反硝化菌，其能在NO3-存在条件下将还原态的硫化物氧化，进而生成SO42-和N2。有些物质对于自养反硝化的发生起到促进作用，例如部分还原态金属化合物和金属元素等。

1。3 国内外研究进展

1。3。1 农业生态系统土壤N2O排放研究进展

2。菜地土壤N2O排放研究进展

1。3。2自然生态系统土壤N2O排放研究进展

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1。4土壤酶活性特征

土壤酶作为土壤的重要组分之一，是存在于土壤中各种酶类的总称。土壤酶活性包括了已累积于土壤中的以及正在增殖的微生物向土壤释放的酶活性，它主要来源于土壤中动植物残体的分解物以及微生物的细胞分泌物。截至目前，已经被人类测定的土壤酶活性已经达到大约60多种。本实验中，主要研究了土壤中的脲酶、蔗糖酶、磷酸酶以及过氧化氢酶四种酶的活性。