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随着纳米科技的不断发展,大量金属纳米颗粒在生产运输、使用及处置过程中不可避免会进入土壤,对生态系统及人类健康造成威胁。稻田土壤作为我国典型的湿地农田生态系统,土壤质量直接关系到水稻产量及环境健康。因此,为科学评估金属纳米颗粒的农业生态及健康风险,推动纳米科技健康可持续发展,本论文以典型金属纳米颗粒CuO NPs作为研究对象,模拟CuO NPs进入稻田土壤的环境条件,考察CuO NPs在淹水落干过程中的形态转化及对土壤性质及物质组成的影响,着重探讨CuO NPs对土壤微生物的毒性作用机理及对微生物群落结构和生态功能的影响机制。主要研究结果如下：(1)阐明CuO NPs在稻田土壤中的形态转化规律,证明CuO NPs输入会影响稻田土壤理化性质及物质组成的变化。研究发现CuO NPs进入土壤中可迅速发生转变,并逐渐向更稳定的络合态或沉淀态发展,且转化规律与有机质含量等土壤性质相关。CuO NPs对稻田土壤性质造成了不同程度的影响：其中,CuO NPs的金属特征会影响土壤pH、Eh、Ec等环境因子的变化,而土壤吸附能力和阳离子交换能力等化学性质未受影响；包括矿物质、有机质和微生物在内的土壤固相组分均受到CuO NPs的显著影响,且纳米颗粒对微生物的影响在土壤其他组分的变化中起了关键作用。土壤有机质可以在一定程度上缓解CuONPs对土壤性质的作用效应。(2)弄清TiO2 NPs和CuO NPs分别以颗粒性质和重金属特性对微生物产生毒性的作用机理。通过对比研究发现,CuO NPs和TiO2 NPs均会对稻田土壤微生物及其群落产生一定的扰动,且CuO NPs的作用强于TiO2 NPS。其中Ti02NPs对土壤酶活的影响较为复杂,对土壤微生物量及群落组成的影响较小；而CuO NPs的施加则显著降低了土壤微生物量、酶活、微生物群落的组成及生物多样性。通过Pearson分析纳米颗粒的有效形态与微生物作用的相关性发现,TiO2 NPs主要通过其颗粒本身的性质影响土壤微生物,而淹水稻田土壤中的CuO NPs由于具有高度的溶解性和重金属生物有效性,从而对土壤微生物产生了较大的毒害作用。此外,CuO NPs还可通过改变土壤营养元素的可利用能力间接影响土壤微生物的生存和发展。(3)揭示了CuO NPs作用下水稻根际微生物群落的演变规律,发现CuONPs颗粒及重金属特性的微生物差异响应及其对微生物生态系统稳定性的影响。利用Miseq高通量测序研究发现,CuO NPs的不同特性对不同菌属造成了相反的影响：由于CuO NPs的金属毒害作用,以Chloroflexi为代表的大部分根际细菌的生长受到了CuO NPs的显著抑制,相对丰度降低,其中参与氮循环的微生物对CuO NPs高度敏感；而包括纤维素降解菌、铁还原菌和硫还原菌等部分细菌由于CuO NPs颗粒特性的影响,逐渐成为优势菌属。CuO NPs加剧了水稻根际土壤细菌群落多样性的消减和群落的演替,严重影响了根际土壤微生物生态系统的稳定性。同时,水稻根际环境会影响CuO NPs对根际微生物群落的调控作用。(4)明确了CuO NPs调控水稻根际特殊微生物功能的耦合作用,从而影响了稻田土壤物质循环。利用Q-PCR技术研究发现CuO NPs可以利用特殊的颗粒特性增加微生物细胞与纤维素物质之间的接触和附着,从而促进纤维素降解菌的活性和生长。大量的可溶性有机碳又可进一步为产甲烷菌、铁还原菌等功能微生物提供丰富的碳源,同时,CuO NPs还可利用其特殊的纳米颗粒特性直接参与微生物间的电子传递,从而促进微生物的产甲烷及铁还原过程。而参与氮循环的功能微生物对CuO NPs敏感,但响应不一,并最终未影响土壤N20的排放。