硝化作用在生物地球化学中起到关键的作用 。 氨氧化反应 是硝化反应的初
始步骤，也是整个氮循环的限速步骤。 近年来，随着氮循环领域研究的深入，各
种新型氮循环过程不断被发现， 其中涉及氨氧化过程的 新型氮循环过程 包括厌氧氨氧化（ Anaerobic ammonia oxidation, anammox ）和全程氨氧化 C omplete nitrification 过程 。因此，各微生物氨氧化过程之间的相互关系和在环境中的作用，以及各个微生物过程对氨氧化过程的贡献量需要重新研究 。
    本论文主要针对古菌氨氧化（Arch aeal ammonia oxidation ），细菌氨氧化
Bacterial ammonia oxidation ），厌氧氨氧化和全程氨氧化这四种氨氧化过程，通过分子生物学和同位素示踪等技术手段，对氨氧化古菌 、氨氧化细菌、 厌氧氨氧化菌和全程氨氧化菌（ C omplete ammonia oxidizer , comammox ）在 几个特定案例中 的 土壤 沉积物中的丰度、反应活性和群落结构进行研究，得到以下结果：
    1、 针对 AOA 和 AOB 对旱地氨氧化过程的相对贡献存在争议 这一问题 ，我
们通过实验 进行验证，结果表明 AOA 在 旱地土壤中广泛存在 。 通过抑制法分
别测定 AOA 和 AOB 活性， 对比 AOB ，发现 AOA 在 大多数 旱地土壤 6/9 样品的 硝化 过程中 发挥作用 更大 59% 100% 。以前被忽视的 AOA 物种 Candidatus Nitrosocosmicus franklandus 在 AOA 群落结构中 尽管相对丰度很低，由于其 广泛的分布和高效使用二氧化碳作为碳源的 特点 我们推测它 在古菌氨氧化中起 着 重要的作用。 这项研究有助于我们 了解旱地土壤中 古菌氨氧化 的发生和过程机制并建议 将 Ca. N. franklandus 这一 AOA 物种 应该作为 在未 来 研究 自然生态系统硝化作用 过程中 的一个重点 。
    2、 根据之前的研究基础，我们提出含水量可能是自然生态系统中 anammox
菌生存的决定性因素这一假设，并加以验证。通过 采用 qPCR 技术定量分析了人
工湿地（嘉兴稻田）和天然湿地（白洋淀湿地）沉积物经过干燥和淹水处理后
AOA 和 anammox 菌丰度的变化情况。 通过添加不同量的水， 讨论了含水量对
anammox 菌和AOA丰度的影响。在所有调查的样品中，观察到干燥过程导致anammox菌丰度逐渐减少直至低于检测限，在淹水处理过程中不会唤醒anammox菌的生长，证实了含水量是影响anammox菌生存的关键因素这一假设。AOA显示出比anammox菌更高的干燥耐受性，长期干燥过程导致AOA丰度降低不到1个数量级，在样品中添加水却可以极大提高AOA的丰度，甚至超过初始土壤样品中的AOA丰度。
3、单步硝化作用和单步硝化菌的发现更新了传承百年的氮循环理论，并引发了众多关于全球氮素循环的重要科学问题。本研究通过分别计算玉米、棉花、大豆和谷子等不同作物根际土壤和非根际土壤中潜在的AOA、AOB、NOB和comammox速率，讨论了古菌氨氧化、细菌氨氧化、厌氧氨氧化和全程硝化过程对土壤样品中氮循环的贡献。结果表明，除了个别样品以外，旱地土壤样品主要以AOA为氨氧化过程的主要贡献者，anammox在旱地土壤中的活性可以忽略不计，comammox速率不高于2.19 mg N kg-1 dry soil d-1，说明单步硝化过程在总的硝化过程，甚至是土壤微生物氮循环中所占的比例很小。该研究为评估农业土壤生态系统中不同途径的氨氧化贡献率提供了直接证据。