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甘肃省是我国重要的马铃薯种薯和商品薯生产及淀粉加工基地,马铃薯产业是带动农业和农村经济发展、促进农业增效和农民增收的战略性主导产业。然而,在马铃薯种植过程中肥料投入过多、尤其是氮肥超量使用的现象十分严重。为此,本研究通过在甘肃省定西市马铃薯主产区设置的氮肥定位试验,运用常规土壤化学分析方法结合克隆测序以及荧光定量PCR等分子生态学研究手段,研究了连续施用不同氮肥量对土壤硝化作用及细菌和氨氧化微生物群落结构的影响,以揭示长期连续施氮条件下土壤硝化作用、土壤细菌和氨氧化微生物对连续不同施氮量的响应机制。大田试验始于2013年,共设置6个不同施氮量处理:N0:对照,不施氮肥;N75:施氮量为75 kg N/hm2;N150:施氮量为150 kg N/hm2;N225:施氮量为225 kg N/hm2;N300:施氮量为300 kg N/hm2);N375:施氮量为375 kg N/hm2。主要试验结果如下:1.连续施氮显著增加了土壤硝化潜势,提高了土壤剖面中硝态氮的含量（1）随着施氮量增加,土壤硝化潜势显著增加。与不施氮肥的N0相比,0-20cm土层各施氮处理的硝化潜势分别增加了11.9%、27.1%、41.7%、67.和97.9%。土壤硝化潜势的增高是土壤剖面中硝态氮含量增加的直接原因;（2）连续四年施氮显著提高了土壤剖面中硝态氮的含量,且随着施氮量升高,土壤剖面中各土层的硝态氮含量随之增加;尤其是0-20 cm表层土壤中,各施氮处理土壤NO3--N含量分别为4.3 mg/kg、6.7 mg/kg、9.2 mg/kg、11.3 mg/kg、20.0 mg/kg、46.8 mg/kg,分别比N0增加了55.8%,113.9%,162.8%,365.1%和988.4%。当施氮量超过300 kg N/hm2时,0-20 cm和20-40 cm土层的NO3--N含量超过20mg/kg的环境风险阈值,为土壤和地下水环境带来潜在风险;2.连续施氮显著改变了表层土壤的细菌群落结构,同时降低了细菌的群落多样性（1）随着施氮量的增加各处理土壤细菌群落结构在门水平的绝对量发生了变化,放线菌门和拟杆菌门的丰度分别比N0处理增加了6.1%-17.4%和16.4%-46.8%,酸杆菌门的丰度比N0降低了7.8%-26.4%。在纲水平上土壤细菌群落结构的变化趋势与在门水平的一致,放线菌纲和拟杆菌纲的丰度随施氮量的增加而增加,酸杆菌纲的丰度变化趋势则相反。土壤优势细菌类群中,拟杆菌纲的丰度分别比N0增加了33.8%、44.8%、83.3%、109.2%和173.3%,而酸杆菌门的AcidobacterGp4和Anaerolineae的相对丰度分别比对照降低16.3%-33.8%、8.1%-22.7%。在属水平上的土壤优势细菌类群中,各施氮处理的Ohtaekwangia和Streptomyces的丰度分别比N0增加了33.6%-173.1%和3.4%-66.4%,而Gaiella和Solirubrobacter的丰度分别比N0降低了6.9%-30.8%和4.5%-27.6%。（2）连续施氮降低了土壤细菌的群落多样性和细菌/真菌的比值。试验结果显示,随着施氮量增加,各处理的shannon指数显著降低,simpson指数增高;连续施氮明显改变了土壤微生物的数量,细菌和真菌的丰度随施氮量增加而增加,但是真菌增加的程度显著大于细菌,导致细菌/真菌的比值（B/F）显著降低,说明连续施氮会导致壤由“细菌型”向“真菌型”过度。与对照相比,各施氮处理的B/F值除N75外,分别下降了14%、19%、28%、44%;3.连续施氮显著增加了土壤氨氧化细菌（AOB）的数量,AOB主导了土壤氨氧化过程（1）各处理的土壤氨氧化古菌（AOA）群落结构和丰度未发生显著变化,但连续施氮显著增加了AOB的丰度,且随着施氮量增加而增加。在0-20 cm土壤中各施氮处理AOB丰度相比N0分别增加了74.8%、131.1%、176.1%、412.1%和489.8%。同样,在20-40 cm的土层内,AOB的丰度也是随着施氮量的增加而增加的,AOA未发生明显的变化;（2）AOB系统发育树分析结果表明,各处理中土壤AOB主要分布在Nitrosomonas（亚硝化单胞菌属）,Nitrosospira（亚硝化螺菌属）和Nitrosococcus（亚硝化球菌属）。随着施氮量的增加,土壤Nitrosococcus（亚硝化球菌属）的数量显著增加;相比N0处理,各施氮处理中Nitrosococcus的数量分别增加了4.9%、51.8%、164.7%、504.9%、383.5%,而Nitrosomonas和Nitrosospira的丰度并未随着施氮量增加发生明显改变。4.连续施氮导致土壤pH的降低和硝态氮含量的增加是土壤细菌和氨氧化微生物群落结构发生变化的主要原因（1）试验结果显示,随着施氮量增加,土壤pH值随之降低,最高施氮量处理N375的pH值比N0处理降低了0.27个单位;（2）相关性分析表明,土壤AOB的丰度与土壤硝化潜势、NO3--N含量呈极显著正相关关。RDA分析表明,放线菌门、拟杆菌门、拟杆菌纲、Ohtaekwangia、Streptomyces（链霉菌属）和Lysobacter（溶杆菌属）的细菌的丰度与土壤NO3--N含量呈显著正相关,与土壤pH呈显著负相关;酸杆菌门、Gaiella、Solirubrobacter（土壤红杆菌属）、Gemmatimonas（芽单胞菌属）的细菌的丰度与土壤NO3--N含量呈显著负相关,与土壤pH呈显著正相关。综上所述,连续大量施氮通过提高土壤硝化潜势,加速了化肥氮在土壤中的转化过程,导致了土壤剖面中硝态氮的大量积累;连续大量施氮也改变了土壤细菌的群落结构,并降低了土壤细菌的群落多样性和细菌/真菌的比值,导致土壤由“细菌型”向“真菌型”过度;氨氧化细菌AOB主导了旱地土壤的氨氧化作用;相关性分析结果表明,连续大量施氮引起土壤pH的降低和土壤硝态氮的含量的增加,是导致细菌和氨氧化微生物群落结构发生变化的主要原因。