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不合理的施肥管理措施是造成红壤旱地土壤退化的重要原因之一，长期不同施肥(养分胁迫)可能导致土壤理化性质和土壤微生物群落结构变化，进而影响土壤微生物的养分转化功能。本研究利用1986年建立的红壤旱地长期肥料试验，主要研究内容有：(1)研究长期不同施肥对土壤理化性质和生物学性质的影响；(2)研究外界胁迫对不同施肥土壤碳氮转化功能的影响及其微生物群落结构的响应机制；(3)研究长期不同施肥对土壤微生物功能稳定性的影响。本文旨在解释长期不同施肥及其引起的土壤微生物生境变化对土壤养分转化功能及其稳定性的影响，为评价土壤质量演变提供新的方法。试验包括不施肥处理(CK)，单一化肥处理(N，P，K)，二元化肥处理(NP，NK)，不同施肥量的三元化肥处理(NPK，2NPK)，以及有机无机配合施用(NPKOM)和纯有机肥(OM)处理。主要研究结果如下：
1.长期不同施肥显著改变土壤理化性质。在所有处理中，施用有机肥处理(NPKOM，OM)土壤的有机碳含量(SOC)、pH、阳离子交换量(CEC)、全量和速效氮磷养分、>0.25mm水稳性团聚体含量以及团聚体稳定性最高。长期施肥虽然没有改变土壤中主要的粘土矿物类型，但是CK处理较试前土壤(1986年)中混层型矿物(绿泥石/伊利石)含量减少，高岭石含量增加；与CK处理相比，各施肥处理中混层矿物含量降低，而伊利石含量增加。混层型粘土矿物与伊利石含量呈显著负相关(R=-0.848，P=0.0019)，两者存在相互转化的关系。
2.所有处理中，以施用有机肥(NPKOM，OM)处理土壤的微生物活性、群落结构和功能多样性为最高。土壤微生物总PLFAs、细菌、革兰氏阳性及阴性菌和放线菌PLFAs含量变化一致，均为有机肥(NPKOM，OM)处理大于所有施肥处理，NPK大于CK及一元化肥处理，但有机肥处理中的真菌和细菌之比较CK处理明显降低，表明真菌较细菌更适应养分贫瘠条件。Biolog数据结果表明，有机肥处理土壤的微生物对碳源底物的利用率(AWCD)和群落功能多样性指数(香浓-维纳指数和辛普森指数)最高，CK和缺磷处理(N，NK)的最低；其他化肥处理间的功能多样性指数差异不显著。
3.在56天培养期内，所有处理中有机肥处理土壤的CO2和N2O的排放速率、土壤氮的平均矿化速率、硝化速率和硝化强度最高，其他处理间总体上无显著差异。铜和热胁迫后，仅有机肥处理土壤CO2排放速率显著降低；所有处理土壤的N2O排放速率均有不同程度增加；土壤矿化和硝化速率均在胁迫后第1天显著增加，而且热胁迫比铜胁迫对氮矿化和硝化速率的增加更显著。硝化强度(以NO2--N的产生表示)结果显示，热胁迫可能主要影响土壤硝化过程的第一步亚硝化反应，而对第二步的硝化反应影响较小。铜胁迫显著降低了平衡化肥(NPK，2NPK)和有机肥处理的DON含量，对其他处理DON含量影响不大；热胁迫后仅有机肥处理中的DON含量有增加趋势，其他处理无明显影响。铜胁迫没有显著影响NPKOM处理土壤微生物PLFAs总量、细菌和革兰氏阴性菌PLFAs，但是显著影响了其他处理中的量。CK在胁迫后第1天增加后不随时间不变，而其他处理在胁迫后第1天有降低，然后升高或变化不大。但缺K处理(CK，N和NP)处理中的革兰氏阴性菌PLFAs含量在胁迫后第28天较无胁迫显著增加。热胁迫后1天显著降低了除CK处理外所有处理土壤微生物PLFAs总量。真菌和放线菌PLFAs在铜和热胁后有变化，但在培养第28天后均与对照无显著差异。主成分分析结果表明NPKOM处理土壤微生物群落结构对胁迫的响应与其他处理明显不同。
4.与无胁迫对照相比，铜胁迫显著降低了所有处理添加外源有机物后的土壤CO2和N2O排放速率；热胁迫显著降低了除有机肥处理外的各处理土壤的CO2和N2O排放速率；而且铜胁迫对除有机肥外各处理的影响显著大于热胁迫。外源有机物微生物分解功能稳定性的结果表明，在铜胁迫下有机肥处理的抵抗力显著高于其他处理；土壤CO2和N2O排放功能的回复力分别以缺P处理(N，NK)和N处理中最高，但分别以有机肥(NPKOM，OM)处理和CK，NP和NPK处理中最低。在热胁迫下，土壤两种功能的抵抗力仍然是以有机肥处理最高，但CO2排放功能的抵抗力在缺P处理(N，NK)中最低，N2O排放功能的抵抗力在CK处理中最小。而且以CO2排放速率计算的土壤平均回复力在有机肥处理中最低，以N2O排放速率计算的平均回复力在CK和OM处理中最低。相关分析表明土壤的抵抗力取决于土壤有机碳含量及其相关的pH、TN、TP、团聚体稳定性、细菌含量及MBN等土壤性质。而且在铜和热胁迫下，土壤两种生物功能表征的平均回复力与土壤性质的相关性并不一致，这可能与不同土壤微生物群落对胁迫的反应不同以及胁迫后的功能恢复过程受多变量共同的影响有关。
综上所述，本研究得到如下结论：长期不同施肥造成土壤养分胁迫，特别是长期缺磷施肥(N，NK)造成土壤P素缺乏、pH降低和团聚体稳定性下降等土壤微生物的生境退化，造成土壤微生物总量、各组份含量以及微生物的功能多样性降低，最终导致土壤碳氮转化功能(CO2排放和氮转化过程等)和微生物功能稳定性的下降。而施用有机肥处理则显著改善土壤理化性质，提供微生物良好的生境条件，显著增加土壤的微生物总量、各群落组份含量及其生物功能多样性，最终导致土壤微生物的碳氮转化功能和对环境胁迫抵抗力的显著提高。因而，土壤有机碳和磷素是影响红壤旱地土壤微生物群落结构、功能多样性及其微生物功能稳定性的关键因素。本研究结果表明，持续施用有机肥或有机肥配施化肥并确保P素供应是维持并提高红壤旱地土壤肥力和土壤生态系统稳定性的重要农田管理措施。