在稻田土壤中,微生物的异化铁还原过程是最重要的地球生物化学过程之一,也是微生物进行铁代谢的重要形式之一,在稻田生态系统的物质循环和能量流动过程起着不可替代的重要作用。然而目前对长期水稻种植下铁的还原过程与有机碳积累及其相关微生物群落演替间的相互作用仍知之甚少。土壤时间序列是研究稻田生物地球化学变化的速率和方向的重要工具,可为研究水稻土的形成发育以及元素耦合过程提供关键的模型系统。本研究以浙江省慈溪市杭州湾水稻土壤时间序列为研究对象,利用分子生物学的先进技术方法,结合恒温厌氧培养实验手段,研究长期植稻下铁氧化物对土壤有机碳积累的影响及其微生物耦合机制。本文利用ICP测定不同植稻年限土壤中全铁、游离氧化铁、无定形氧化铁和络合态铁含量,邻菲罗啉比色法测定盐酸浸提态铁含量,采用荧光定量PCR和454高通量测序测定铁还原微生物的基因丰度（地杆菌属,希瓦氏菌属和厌氧粘细菌属）及群落结构,采用室内恒温厌氧培养实验测定铁还原能力和碳转化,研究长期水稻种植下土壤中铁氧化物赋存和铁还原微生物群落结构的动态变化特征以及比较其异化铁还原能力差异,阐明长期植稻条件下铁还原微生物群落的演替机制和铁氧化物对有机碳的积累影响机制,探讨稻田土壤发育过程中有机碳和铁氧化物的微生物耦合机制。主要实验结果和结论如下:（1）随着植稻年限的增加,表层土壤总有机碳和总氮含量逐渐积累,分别在1000年植稻时间内增加了约2倍。在植稻50年间,全铁、游离氧化铁和无定形氧化铁均迅速降低。而在植稻50年后,全铁含量以10 kg ha^-1 year^-1的变化持续降低。在植稻50年至300年期间,游离氧化铁出现震荡变化,无定形氧化铁则随植稻时间增加50%,两者在300年后均不发生显著性变化。这表明长期频繁的人为水稻耕作引起了总铁含量的下降以及铁氧化物的再分配。游离氧化铁和无定形氧化铁在植稻300年间会向其他赋存形态转化。络合态铁与有机碳的化学结合是水稻土壤有机质积累的重要原因之一,络合态铁含量与络合度均随水稻土的发展而增加,从滩涂到1000年分别增加了3倍和5倍。在稻田时间序列中,盐酸浸提态三价铁与土壤中SOC、DOC呈显著正相关关系,表明三价铁的存在也有助于土壤有机碳的积累。碳-铁元素计量关系的研究表明,SOC与全铁的摩尔比与植稻年限呈现强烈的正相关性,相关系数达到0.98,表明长期水稻种植过程中SOC与全铁存在明显的化学计量关系。（2）铁还原微生物地杆菌属（Geobacter）和厌氧粘细菌属（Anaeromyxobacter）的基因拷贝数随着植稻年限的增加逐渐对数增加,它们的基因拷贝数分别从滩涂到植稻1000年增加了10倍和80倍,而希瓦氏菌属（Shewanella）则下降了80%,三种铁还原微生物的基因拷贝数和相对丰度均在植稻300年后逐步趋于稳定。铁还原菌群落的演替主要受土壤发育过程理化性质的变化所驱动。结构方程模型（SEM）的结果表明,土壤的碳、铁氧化物及铁还原微生物在植稻300年前后存在着不同的耦合关系。在水稻土壤发育的前300年,土壤有机碳迅速积累,主要受到游离氧化铁、无定形氧化铁、有机络合态铁和盐酸可浸提三价铁含量的影响。300年后,长时间稻田管理活动导致了有机碳的积累变缓,转变为受无定形氧化铁和盐酸可浸提二价铁的影响。总体来说,因为在长期植稻过程中土壤生态系统的逐渐稳定,碳-铁-铁还原微生物之间的耦合关系也由复杂逐渐变得简单清晰。（3）在水铁矿、针铁矿、赤铁矿和磁铁矿四种外源氧化铁的添加下,植稻700年土壤表现出最强的铁还原能力,二价铁的净增幅范围在19.1%²6.5%,而未垦滩涂和植稻50年土壤表现出较弱的还原能力,二价铁的净增幅范围分别为0.6%⁷.7%和5.5%⁸.3%,这表明外源氧化铁的添加对不同植稻年限土壤铁还原能力的影响不同。除此之外,在水铁矿的作用下,各植稻年限土壤的盐酸浸提态全铁的净变化率整体增幅为12.2%²1%,表明水铁矿显著的促进了所有植稻年限土壤中铁的活化过程。四种氧化铁对植稻700年土壤盐酸浸提态全铁的影响最大,净增幅范围为7.4%¹9.9%,说明相较于其他年限的土壤,植稻700年土壤具有更强的氧化铁活化能力。不同发育年限稻田土壤甲烷排放的减少量与二价铁的产生量有直接关系,二者呈现明显的负相关关系,由此可知稻田的异化铁还原过程是抑制甲烷排放的重要原因之一。