旱作农业受特殊的气候、地形和水资源制约,加之不合理的农业管理措施,导致农田土壤养分流失,土地生产力下降,严重影响区域农业可持续发展。保护性耕作能够有效地改善土壤结构、保持土壤养分和水分,因此研究保护性耕作在旱作农田生态系统中的微生物作用机理具有重要意义。本研究立足旱作农业生产和农田生态现状,运用高通量测序和荧光定量PCR分子生物学技术,系统研究土壤微生物群落丰度、结构组成和多样性对保护性耕作措施的响应,并结合生态学和作物耕作学与栽培学知识,深入分析保护性耕作下,冬小麦生长过程中根际与非根际土壤微生物多样性的时空变化规律,明确保护性耕作措施影响小麦生长的微生物作用机理,为构建高效、生态、可持续的保护性耕作技术体系提供理论支撑。主要研究结果如下:(1)保护性耕作措施与传统耕作措施相比,使土壤非根际细菌群落多样性指数增加了378%。深松耕和免耕措施增加了芽孢杆菌属(占厚壁菌门的85%)的丰度,并且增加了α变形菌纲根瘤菌的相对丰度。总体而言,保护性耕作通过影响土壤氮素含量和颗粒机械组成增加有益功能细菌种群的丰度,并通过改变土壤有机碳含量和土壤物理结构,进而影响非根际土壤真菌多样性和系统发育结构。深松耕和翻耕下土壤真菌群落结构组成具有较高的相似性;而免耕作为扰动较少的耕作措施,较好地保持了土壤真菌的多样性。子囊菌门和担子菌门均为三种耕作措施下的主导菌门,这类微生物被认为是土壤中有机质主要的分解者,这表明保护性耕作可以影响作物残茬分解和土壤有机碳含量,从而改变非根际土壤真菌群落的种群分布。(2)保护性耕作和传统耕作措施下,土壤微生物群落均表现出空间分布均匀度低、空间连续性较差和空间变异度较高及强烈的聚集分布特征。保护性耕作措施显著改变了土壤理化性质,进而影响了微生物群落丰度的空间分布。其中,免耕措施保持较高的土壤黏粒含量和土壤含水量,进而影响土壤细菌群落的空间分布;而深松耕措施则是通过影响土壤的可溶性碳含量和过氧化氢酶活性,从而改变土壤真菌群落的空间分布。(3)作物根系活动可减少根际微生物的多样性和分解代谢的多样性,并使根际微生物对保护性耕作和传统耕作措施表现出不同的响应模式。土壤微生物群落多样性与微生物碳源利用多样性存在显著的相关性。保护性耕作措施下,根系活动增加了根际土壤细菌变形菌门(α-,β-)、拟杆菌门和真菌煤炱目和腔菌目的相对丰度,有助于增强根际微生物对氨基酸、糖类和羧酸的利用。此外,相较于翻耕和深松耕措施,免耕措施降低了根际和非根际间土壤微生物分解代谢多样性的差异。保护性耕作措施改善土壤养分状况,提高作物根系富集养分的能力,并增加根际土壤富营养微生物的种群丰度,从而提高了根际微生物的分解代谢能力。(4)作物生长过程中,传统耕作措施和保护性耕作(深松耕和免耕)措施下根际细菌群落α和β多样性均发生不同的变化。相比较于翻耕(差异性:21.7%)措施,免耕(差异性:11.3%)措施降低了作物生长过程中根际土壤变形菌门(α-,β-,γ-)和拟杆菌门相对丰度的变异量。保护性耕作可以改善土壤理化性质和保护根际细菌群落的种群组成,增加根际作物促生细菌种群的稳定性。(5)在冬小麦生长过程中,免耕措施显著提高了冬小麦分蘖期根际和非根际土壤真菌α多样性;而在冬小麦扬花期,耕作措施对真菌α多样性没有显著影响,但根际和非根际间土壤真菌α多样性存在显著差异。在真菌群落β多样性上,根际比非根际土壤真菌系统发育结构受到作物生长的影响更强烈。总的来说,与深松耕和翻耕措施相比,免耕措施减小了根际和非根际土壤间真菌群落组成的变异量。真菌目类煤炱目、格孢腔菌目和炭角菌目相对丰度的变化是造成整体真菌群落差异的主要因素。免耕措施能改善土壤环境并形成更为稳定的根际和非根际土壤真菌群落。