水稻土中Fe(Ⅲ)还原微生物分布极为广泛,并且对土壤污染修复和抑制温室气体排放具有重要的意义。水稻土周期性的淹水和落干使土壤周期性的处于还原和氧化状态,其中土壤中氧化铁种类和丰度以及氧气含量发生显著变化。氧化铁和氧气的改变对于水稻土中铁还原微生物群落结构影响及对铁还原的贡献需要进一步讨论,同时不同种植区水稻土固有的氧化铁也会影响土壤微生物群落。因此,本研究分淹水和落干两部分,系统研究不同种植区水稻土中添加氧化铁厌氧还原过程以及不同氧含量的氧化过程中铁还原微生物的群落结构及演替方式,并阐明铁还原微生物群落在整个铁循环过程的贡献。本研究以采自湖南省(HN)和四川省(SC)的水稻土作为供试土壤,分别添加水铁矿(无定型氧化铁)和针铁矿(晶体氧化铁)于水稻土中进行厌氧富集培养,以不添加氧化铁的水稻土作为对照处理,探讨厌氧培养过程中不同处理中地杆菌、厌氧粘细菌、梭菌以及芽孢杆菌四种典型铁还原微生物的丰度及群落结构的差异;将水稻土进行严格厌氧培养15d后,每天在水层上方通入2%含量氧以及泥浆内部通过量氧处理,以厌氧培养的水稻土作为对照,探讨在通氧处理后的25d的培养时间段不同氧含量对四种典型铁还原微生物群落结构的影响;分析不同类型氧化铁及氧含量对水稻土铁还原过程改变,并从铁还原微生物群落结构变化角度探讨此过程变化的生物学机理。(1)不同类型氧化铁引起的铁还原微生物丰度差异大小随着培养时间发生改变。对于HN水稻土,水铁矿和针铁矿均能显著促进四种铁还原微生物丰度;对于SC水稻仅有水铁矿促进铁还原微生物丰度,而针铁矿促进作用并不显著。说明不同种植区水稻土中铁还原微生物对于晶体氧化铁的利用存在差异。以梭菌和芽孢杆菌为代表的兼性铁还原微生物对于水铁矿的敏感性低于以地杆菌和厌氧粘细菌为代表的专性铁还原微生物,但两类铁还原微生物对于针铁矿的敏感性恰好相反。(2)厌氧培养过程中,Firmicutes和Proteobacteria是水稻土中的优势门。对于HN水稻土,地杆菌科、梭菌属的相对丰度在水铁矿和针铁矿厌氧培养处理中显著升高;厌氧粘细菌属相对丰度在水铁矿处理中显著降低,在针铁矿处理中显著升高;芽孢杆菌属的相对丰度对两种氧化铁并无明显响应。对于SC水稻土,地杆菌科,厌氧粘细菌属以及梭菌属对于在水铁矿处理中显著升高,而在针铁矿处理却无明显变化;芽孢杆菌属相对丰度对两种氧化铁也无明显响应。PCA结果表明培养时间对四种铁还原微生物群落结构影响强于氧化铁类型;水铁矿对四种铁还原微生物群落结构影响强于针铁矿。系统发育表明厌氧培养中具有铁还原潜力的OTU广泛分布于四种铁还原微生物中。(3)通氧培养下,Firmicutes的相对丰度随着氧含量的升高而升高,Proteobacteria恰好相反。地杆菌科中一些OTU相对丰度在高氧含量下显著升高,同时也有部分OTU的相对丰度显著降低;厌氧粘细菌属的相对丰度随着氧含量升高而升高;梭菌属的相对丰度随着氧升高而降低;芽孢杆菌属在培养20-40d时相对丰度低于1%,在不同氧浓度下其相对丰度变化变化并明显。PCA结果表明在培养20-40d时氧含量改变了地杆菌和厌氧粘细菌的群落结构和演替方式,而对于梭菌和芽孢杆菌的群落结构和演替方式影响较小。系统发育表明典型铁还原微生物中一些OTU与已报到的具有铁还原功能的微生物具有很高的同源性,它们在有氧环境中可能参与铁还原过程。(4)添加水铁矿显著促进了水稻土中铁还原过程,添加针铁矿对铁还原过程促进作用并不显著。随着氧含量的增加,氧气对铁还原过程抑制作用逐渐增强。厌氧培养过程中四种铁还原微生物相对丰度和多样性指数与铁还原过程密切相关。水铁矿主要促进培养5d时地杆菌和厌氧粘细菌的数量增加,在培养前期促进铁还原速率的增大。在有氧环境下,部分耐氧型铁还原微生物利用氧化作用产生的Fe(Ⅲ),在有氧环境中进行微生物铁还原过程。