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自工业革命以来,人类化石燃料燃烧、土地利用方式改变等活动导致全球大气二氧化碳（CO2）浓度迅速增加,引发的气候变化对自然和人类系统产生了巨大的风险。为此,包括中国在内世界诸多国家率先提出在本世纪中叶前后实现碳中和目标;陆地生态系统能否作为碳汇,进而在碳中和目标中扮演重要角色值得进一步深入探讨。作为地球上最大的碳库之一,湿地生态系统的结构与功能深刻影响着元素的生物地球化学循环。然而,面对气候变化特别是大气CO2浓度升高,湿地生态系统生产力的可持续性往往受到氮供给的限制。其中硝化微生物介导的硝化作用通过调控环境中氨氮和硝态氮的转化,对植物可利用氮的形态与含量会产生重要影响。但是,目前关于大气CO2浓度升高对湿地生态系统中硝化微生物影响的研究相对匮乏,可能影响我们深入理解并准确预测湿地生态系统对未来气候变化的响应。为此,本研究以典型的人工湿地生态系统水稻田和典型自然湿地生态系统淡水湖泊作为研究对象,探究了微生物调控的硝化作用对大气CO2浓度升高的响应。研究的主要问题包括:（1）稻田和湖泊生态系统中硝化微生物分布有何特征,以及环境因子对硝化微生物分布和功能有何影响;（2）CO2浓度升高会如何影响稻田生态系统的硝化作用;（3）CO2浓度升高会如何影响湖泊生态系统的硝化作用。取得的主要结果如下:1.硝化微生物在稻田和湖泊生态系统中的分布特征及主要环境影响因子。本研究样品采集自一个长期开放式大气CO2浓度升高（Free-Air CO2Enrichment,FACE）全球气候变化研究平台的水稻田土壤,和巢湖、太湖不同季节、位点的湖泊沉积物样品。研究结果表明,稻田和湖泊硝化微生物的分布存在显著差别,其中氨氧化古菌（Ammonia-oxidizing archaea,AOA）和全程氨氧化菌（Complete ammonia oxidizer,comammox）分别是稻田和湖泊硝化过程的主要驱动者,平均丰度分别占总氨氧化微生物的93.2%和76.2%。室内培养结果表明,对于稻田土壤,低浓度氨氮添加促进了AOA和氨氧化细菌（Ammonia-oxidizing bacteria,AOB）的丰度,但高浓度的氨氮添加抑制了所有硝化微生物;氧气含量的升高仅在高氮添加的条件下抑制了硝化微生物。对于湖泊沉积物,随着氨氮添加量的增加,AOA和comammox的丰度逐渐降低,但AOB的丰度逐渐升高;氧气含量的升高显著提升了沉积物中AOA和AOB的丰度,而对comammox的丰度无显著影响。2.CO2浓度升高对水稻田硝化作用和硝化微生物的影响和作用机制。本研究依托于FACE水稻田实验平台,通过原位测定、室内微宇宙培养,结合同位素示踪、宏基因组测序和16S r RNA测序等技术手段,探究了CO2浓度升高对水稻田硝化作用和硝化微生物群落的影响。我们发现稻田土壤的硝化速率在CO2升高条件下平均下降了约38.2%。同时,CO2升高显著抑制了水稻田中硝化微生物的功能基因丰度,其中,AOA和AOB的amo A基因丰度分别下降了15.6%和27.7%,而comammox不受影响。此外,CO2升高还抑制了AOA和AOB的生长活性,并改变了硝化微生物的群落结构。研究结果表明大气CO2浓度升高可能通过降低土壤可利用氨和可利用氧的浓度、增加硝化微生物面临的竞争胁迫等途径抑制硝化微生物。3.CO2浓度升高对湖泊沉积物中硝化作用和硝化微生物的影响和作用机制。本研究借助于室内富集培养装置,对太湖沉积物设置了低、高CO2浓度处理,进行长期富集培养实验,结合同位素示踪、16S r RNA测序等技术手段,探究了CO2浓度升高对湖泊沉积物硝化作用和硝化微生物群落的影响。研究发现高CO2组的铵消耗速率、亚硝生成速率、硝生成速率都显著高于低CO2组;同时CO2浓度升高促进了富集体系中氨氧化微生物的总amo A基因丰度,并改变了硝化微生物的群落结构,其中占主导的comammox clade A的丰度增加了21.0%。研究结果表明该体系中CO2浓度升高可能通过降低高氨胁迫、增加碳源底物等途径促进硝化微生物。本研究揭示了典型人工和自然湿地生态系统中,硝化过程和硝化微生物面对CO2浓度升高的响应机制。本文的工作将有助于预测未来气候变化条件下湿地氮循环的变化,进而加深人们对未来生物地球化学循环的理解;同时也为我国水稻田氮肥的合理施用、湖泊富营养化防治提供了一定的理论依据。