温室气体排放的增加,导致气候变暖已经成为当今世界所面临的巨大挑战。旱地土壤是温室气体排放的重要来源,降雨改变土壤水分状况,影响土壤碳氮循环过程,进而影响温室气体的产生和排放,研究旱地土壤温室气体排放及其影响机制,可为进一步调控温室气体排放以及实现减排提供理论依据。本研究利用田间试验,探讨了降雨对旱地土壤N_2O、CH_4、CO_2气体产生和排放的影响,利用宏基因组测序技术分析了微生物群落结构和功能基因的差异;进一步利用室内模拟培养试验,研究不同水分含量对旱地温室气体产生和排放的影响;以期探明旱地土壤降雨后产生温室气体排放脉冲的机制。取得如下主要研究结果和结论:1)降雨增加了旱地土壤N_2O、CH_4、CO_2气体产生,并且在降雨后24h后出现排放脉冲。N_2O气体在深层土壤浓度峰值持续时间较长(24h～48h),第一次降雨所产生的N_2O排放通量以及剖面浓度显著高于第二次降雨。0～24h,各处理NO_3~–N含量上升,尤其是表层,为产生N_2O气体提供充足底物。NH_4~+-N在第二降雨后VX-765临床试验24h快速下降,为转化成NO_3~–N提供了可能。各剖面MBN在第二次降雨后24h迅速上升,说明激发了微生物活性,导致温室气体排放峰值。降雨频率也是影响温室气体排放的主要因素,第一次降雨所产生的温室气体显著高于第二次降雨,降雨量越大土壤产生的温室气体较多。2)降雨后48h和192h,变形菌门(Proteobacteria)、酸杆菌门(Acidobacteria)、放线菌门(Actinobacteria)为土壤微生物的优势群落。相较于48h,192h氮代谢功能基因丰度处理间差异不显著。土壤硝态氮、铵态氮、亚硝态氮、微生物量碳氮的变化是影响降雨后土壤细菌群落结构的主要因素,也是影响氮代谢功能基因变化的因素。3)相较于降雨后48h,192h的温室气体排放趋于稳定并且不同降雨量间没有显著差异。48h,N_2O排放通量与MBC和MBN高度正相关,与各剖面N_2O浓度呈高度正相关,尤其是10 cm处N_2Oselleck NMR浓度相关性最大,说明10 cm处N_2O浓度对N_2O排放通量贡献最强。192h,N_2O排放通量与铵态氮高度正相关,与剖面N_2O浓度高度正相关,各剖面层次N_2O浓度对N_2O排放通量均有较大贡献。48h,N_2O排放通量与nos Z(K00376)正相关,是反硝化作用的功能基因,也控制N_2O还原酶合成的功能基因。192h,N_2O排放通量与nas C(K00372)、nar G(K00370)正相关。4)所有处理的土壤N_2O累积排放量均随着培养时间的延长而增加。淹水处理在0～48h的N_2O累积排放量为快速上升期,48h后趋于稳定;而其他处理0～96h急剧上升,96h后趋于稳定。所有处理的N_2O排放通量均在培养24小时达到峰值。淹水处理下N_2O气体主要由反硝化作用产生,而40%WHC～100%WHC条件下N_2O气体主要由硝化作用产生。用混合动力学方程可以很好模拟培养过程中土壤N_2O气体的累积排放,并且可以区分反硝化和硝化作用产生N_2O的占比。总之,降雨提高了土壤水分,增加土壤剖面温室气体的产生和提高土壤剖面温室气体浓度,进一步增加了旱地土壤温室气体的产生和排放,并且在降雨后24h后出现排放脉冲。降雨后,土壤养分变化是影响土壤细菌群落结构的主要因素,也是影响氮代谢功能基因丰度的因素。单次降雨后,前期molybdenum cofactor biosynthesis土壤N_2O排放主要受反硝化作用的nosZ功能基因影响,在后期主要受同化硝酸还原酶催化亚基nasC功能基因以及硝酸还原酶/亚硝酸盐氧化还原酶narG功能基因的影响。