土壤微生物是土壤生态系统重要的组成部分,在土壤有机物分解、养分循环和土传病害发生过程中发挥着引擎的作用。农田土壤微生物的群落结构主要受农田管理方式的影响,其中作物连作和轮作是重要的农田管理方式之一。在作物轮作和连作条件下,由于单一作物和多种作物组合后,土壤生态环境发生变化,导致土壤微生物的群落结构也产生相应的变化,进而影响土壤的生态功能。目前,关于作物长期连作对土壤微生物群落结构及相关功能微生物群落结构影响的系统研究鲜见报道。大豆、玉米和小麦是东北黑土区种植的主要旱地作物,因此,基于长达27年的田间定位试验开展黑土区三种典型旱地作物连作和轮作对土壤微生物影响的系统研究。采用Biolog、qPCR以及Illumina Miseq的方法系统研究了东北黑土区大豆、玉米和小麦在长期连作和轮作条件下土壤微生物的碳源代谢特征,土壤细菌、真菌、固氮菌和碱性磷酸酶基因群落结构的变化规律,以及潜在功能细菌和功能真菌的响应变化,主要结论如下:(1)大豆、玉米和小麦长期连作和轮作间的土壤微生物碳源代谢功能差异显著。三种典型旱地作物长期连作后显著降低了土壤微生物的代谢活性,大豆和小麦长期连作土壤微生物对糖类物质的利用率显著低于轮作,玉米长期连作土壤微生物对多聚物和胺类物质的利用率显著低于玉米轮作,三种作物之间土壤微生物群落对土壤碳源利用存在差异。(2)大豆、玉米和小麦长期连作后对土壤细菌群落结构产生显著影响。三种作物长期连作细菌的多样性显著降低,作物长期连作和轮作之间细菌群落结构差异显著,且三种作物之间的细菌群落结构的差异要大于长期连作和轮作之间的差异。三种作物长期连作显著降低了与C、N有关的优势功能细菌(Nocardioides、Pseudonocardia、Pseudolabrys、Nitrospira和Rhizobium等)的相对丰度。土壤pH是影响土壤细菌的丰度、多样性和群落结构的土壤因子。(3)大豆、玉米和小麦长期连作对土壤真菌群落结构的影响不同。大豆长期连作后真菌丰度显著高于大豆轮作,玉米长期连作后真菌丰度显著低于玉米轮作,而小麦长期连作后真菌丰度变化不显著。大豆长期连作真菌群落的多样性显著高于大豆轮作,作物长期连作和轮作之间真菌群落结构差异显著,三种作物之间的真菌群落结构的差异大于长期连作和轮作之间的差异。三种作物长期连作后属水平上的相对丰度有明显变化,三种作物长期连作的潜在致病菌(Fusarium、Cylindrocarpon和Gibberella等)的相对丰度显著高于轮作,大豆长期连作潜在的有益菌(Mortierella、Purpureocillium和Acremonium等)的相对丰度显著高于轮作,而在玉米和小麦长期连作潜在的有益菌(Purpureocillium、Metacordyceps和Metarhizium等)的相对丰度显著低于轮作。土壤pH是显著影响土壤真菌群落结构的土壤因子。(4)大豆、玉米和小麦长期连作和轮作之间固氮菌群落结构发生变化,三种作物之间的固氮菌群落结构也存在显著差异。大豆长期连作固氮菌丰度显著高于大豆轮作,而玉米和小麦长期连作固氮菌丰度显著低于玉米和小麦轮作。Proteobacteria和Bradyrhizobium为三种作物相对丰度最高的优势固氮菌门和菌属,玉米和小麦长期连作后Bradyrhizobium的相对丰度显著降低。土壤pH是影响固氮菌群落结构的主要土壤因子。(5)大豆、玉米和小麦长期连作后碱性磷酸酶基因在属水平上的群落组成发生明显变化。大豆长期连作后Afipia的相对丰度降低,玉米长期连作后Amycolatopsis和Acidovorax的相对丰度下降,小麦长期连作后Pseudomonas和Stenotrophomonas的相对丰度下降。三种作物长期连作之间的碱性磷酸酶基因的群落结构存在显著差异。