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由于温室效应的不断增强,导致全球变暖这一种自然现象产生。地面与大气系统之间吸收和排放的能量不平衡。地面与大气系统中能量不断增加,从而导致气温逐渐上升,导致全球气候变暖。温室气体N2O具有较高的升温潜力,在大气中停留时间长,因此全世界许多科学家已经开始研究这个现象。土壤是N20气体的最大来源,占生物圈N2O排放量的80%以上。土壤中物质循环和能量转化都是通过微生物的驱动而完成的。土壤水分对土壤的影响是十分明显的。黑土是一种性状好、肥力高,非常适合植物生长的土壤,但是受到环境中水分的多变影响,使得其土壤氮素转化、功能基因和微生物种群以及数量也发生改变。本文以吉林和黑龙江的黑土作为研究对象,利用室内培养方法,并结合提取DNA、实时荧光定量PCR(q-PCR)琼脂糖凝胶电泳,高通量测序等分子生物学技术,研究不同预处理水分条件下的硝化反硝化功能基因和微生物的变化,以及不同前期、干湿交替、恒定以及递增水分状态下土壤氮素转化、功能基因和微生物的变化。为在实际状况下黑土处于哪种水分最适宜提供了依据。(1)在对吉林黑土预培养一周后,在40%WHC和60%WHC时氨氧化细菌和氨氧化古菌以及nirS和nosZ的基因数量是比较少的。而在高水分下,尤其是在100%WHC下,氨氧化细菌与氨氧化古菌的数量非常多。在高水分条件,特别是在淹水条件下,nirS和nosZ的基因数大幅增加,说明在此水分下,发生了强烈的反硝化作用。低水分Betaproteobacteria等数量少。Actinobacteria和Nitrosovibrio在高水分下数量少。(2)在对黑龙江黑土预培养一周后,水分含量越高,氨氧化古菌数量越多;氨氧化细菌在40%WHC时最多。nirS和nosZ的数量在高水分下比较多。三月份Acidobacteria-6;Gemmatimonadetes等微生物随水分含量增加而增加,Alicyclobacillus;Alphaproteobacteria等则相反。五月份Acidobacteria-6;Nitrospira等在高水分下适宜生长,Actinobacteria;Cytophagia等微生物适宜在低水分下生长。(3)在梯度递增水分条件下,土壤氮素转化率在一定的土壤含水量范围内与含水量变化成正比。梯度递增水分变化不利于N03--N和NH4+-N的积累,恒定水分则有利于积累。80%WHC适宜硝化和反硝化反应发生,四种功能基因的数量也比较多。硝化和反硝化微生物也随着水分的变化而变化。干湿交替对土壤的硝化反硝化、四种功能基因以及微生物数量和种类有明显的影响。在80%WHC下比较适合土壤进行氮素转化。