N₂O属于具有强温室效应的气体,它还是间接破坏臭氧层的物质之一,其全球排放总量逐年上升。这就使得N₂O成为当前主要的环境忧患之一。目前,大气中N₂O的浓度高达323 ppb,与工业化之前相比,升高了19%。据研究表明,陆地生态系统中N₂O排放量占所有生态系统排放量的三分之二,水生生态系统占三分之一。其中,我国湿地面积占据亚洲之首,这必然会释放大量的N₂O。湿地岸边带作为水体与陆地之间的交界面,生态环境特性和生态服务功能是其主要特点,已证实是氮循环反应的关键区域。探究人工湿地沟壕系统反硝化过程中N₂O产生与还原机制,参与该过程以及硝酸盐还原成铵（DNRA）过程中的微生物的分异规律。对丰富氮循环理论、优化岸边带结构和功能、削减N₂O具有重要意义。本研究从人工湿地沟壕系统的空间与时间尺度,对N₂O产生及还原过程机制,DNRA过程开展实验研究,通过沉积物理化分析、室内培养、N₂O产生速率潜势和反硝化速率潜势测定,结合荧光定量PCR、新一代高通量测序与构建克隆文库等技术手段。主要得出以下结论:1、沟壕边缘是人工湿地沟壕系统中拥有较高的N₂O产生速率潜势和反硝化速率潜势的热区,都表现出很强的时空异质性。沟壕边缘沉积物(PNA:0.96–8.9 ug N₂O g^-1h^-1,PDA:4.24-38.17 ug N₂O g^-1h^-1)高于沟壕中心(PNA:0.04-1.04 ug N₂O g^-1h^-1,PDA:0.02-9.16 ug N₂O g^-1h^-1),夏季高于冬季。在反硝化功能基因nir S和nir K型（N₂O产生者）与nos Z I和nos Z II型（N₂O还原者）,均是沟壕边缘高于沟壕中心。nos Z II基因丰度与其它功能基因在两个季节中的丰度趋势明显不同。铵盐;含水率和C/N在沟壕系统反硝化过程中N₂O产生速率和反硝化速率潜势起着重要作用。2、反硝化细菌是化能异养菌,其丰度变化对各种环境因子较敏感。石臼漾人工湿地沉积物样品具有很高的细菌多样性,反硝化细菌优势菌群分布呈现出大量的稀有属和少数常见属的模式:Oryzomicrobium、Cupriavidus、Pseudogulbenkiania和Steroidobacter为摘要主要的优势属。Oryzomicrobium、Cupriavidus、Azospira、Steroidobacter和Thiothrix等对有N₂O生成速率潜势有较大贡献。Pseudogulbenkiania、Cupriavidus、Ardenticatena、Thermonema、Runella、Hymenobacter对反硝化速率潜势有一定促进作用。亚硝酸盐和总有机质是解释反硝化群落变化的主要因素。3、在石臼漾人工湿地沟壕系统中,DNRA细菌丰度呈现出沟壕中心沉积物高于沟壕边缘的趋势,且冬、夏季样品间差异性显著。冬、夏季沟壕中心沉积物中DNRA群落丰富度高于沟壕边缘。DNRA群落中占有优势的菌属为Anaeromyxobacter和Caldilinea属。环境因子中总有机质、C/N和含水率等是影响沉积物中DNRA细菌丰度和群落特征的关键影响因素。根据以上人工湿地沟壕系统中反硝化N₂O产生与还原机制,参与该过程以及DNRA过程中的微生物的研究结果,我们提出了增加人工湿地岸边带长度和面积、恢复沟壕边缘岸边带的植被、加强水体与岸边带的接触和强化优势功能微生物的丰度和活性等措施可能有助于降低湿地生态系统中产生N₂O的水平,和促进DNRA过程的发生。