在我国粮食和设施蔬菜主产区华北平原，选择主要粮食作物种植体系和高投入的设施菜田土壤为研究对象,以多点长期定位试验为基础，利用引进的专用设备(土壤连续培养自动监测系统)，研究了管理措施对硝化和反硝化过程产物比发生规律的影响；利用分子生物学技术，揭示不同管理方式对土壤中硝化、反硝化菌组成结构、优势种群与基因表达的影响规律；探索利用反硝化过程产物比进行氮损失定量的可能性；提出利用田间管理技术，实现本地区典型农田土壤N2O减排途径。主要结果如下： 1）设施菜田土壤中N2O产生的主导过程是反硝化过程。在大田条件下，主要来自于硝化过程和与硝化过程相耦合的反硝化过程。硝化和反硝化过程均导致NO2-过渡性积累，与N2O的产生有显著相关。以NO2-为底物的化学反硝化也对N2O产生有一定作用，特别是在酸性土壤上。 2）分析了硝化基因（amoA）与反硝化基因（narG, nirS, nirK, nosZ）的表达。高通量测序的结果表明，在设施菜田土壤长期施用有机肥导致厚壁菌门，特别是芽孢杆菌是导致N2O排放的主要功能类群。 3）土壤反硝化产物比受氧浓度、水分含量、碳源的有效性和氮形态等因素的影响，一般在0.14~0.71之间。利用产物比并结合田间N2O的通量观测数据，可以大致估计土壤反硝化过程氮的气态损失量。 4）提出了华北大田土壤的减排措施：避免施肥造成的局部高铵浓度；在保证作物产量的前提下，用硝态氮肥代替铵态氮肥；用铵态氮肥的同时施用硝化抑制剂。 5）建立全球农田土壤N2O排放的全新数据库，明确了pH是全球N2O排放的主要控制因子之一，发展了农田N2O排放的估算方法。 本项目为提出适合该地区N2O 减排和控制氮素损失的水肥管理措施提供了科学依据。