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施肥是影响土壤理化性质和土壤微生物的一个主要因素。长期施肥使得土壤微生物菌群结构及功能发生深刻变化,进而影响土壤的生产能力。本文以东北黑土长期定位试验为基础,分别采集大豆季和玉米季的不施肥处理(CK)、有机肥处理(M)、无机肥处理(NPK)和有机肥配施无机肥处理(MNPK)的土样,应用Illumina Miseq和454高通量测序、q PCR、BIOLOG等现代分子生态学技术研究土壤微生物群落结构和微生物活性,分析长达35年以上的不同施肥对土壤理化性质的影响,探讨土壤微生物群落和氨氧化菌群变化特征。论文取得以下进展:1.长期不同施肥能显著改变土壤理化性质,进而对作物产量产生重要的影响。对比经35年和36年的有机肥配施无机肥和无机肥长期施用后,发现施肥改变土壤理化性质,有机质、全氮、硝态氮、速效磷等显著提高;MNPK处理能有效缓解土壤酸化,增产效果也略优于NPK处理。2.在细菌群落方面,同一作物季MNPK的16S r RNA基因拷贝数、α多样性指数均高于NPK。Proteobacteria和Acidobacteria为主要的优势菌门,不同作物季的不同施肥方式对优势菌群的改变趋势大体一致,不同施肥处理之间细菌群落组成存在差异。大豆季的Alpha-proteobacteria在MNPK和NPK处理的相对丰度分别比CK增加3.31%、5.24%;Gamma-proteobacteria在MNPK和NPK处理比CK处理分别增加1.72%和1.2%。与NPK相比,MNPK对黑土土壤细菌群落结构改变更小些,有利于健康土壤微生物结构的构建。土壤理化性质对细菌群落变化的解释量为24.48%;土壤铵态氮、速效磷和p H是改变土壤细菌群落结构的主效环境因子。3.对真菌而言,长期施用NPK的土壤真菌丰度显著高于MNPK。施用NPK导致土壤微生物组成由“细菌型”向“真菌型”转变,玉米季MNPK处理的细菌/真菌比值(26.91×104)显著大于NPK,细菌/真菌比值与土壤p H正相关。MNPK处理的真菌α多样性指数值略大于NPK处理。不同作物季的不同施肥方式对真菌优势菌群的改变趋势大体一致,不同施肥处理之间真菌组成存在差异。Ascomycota和Zygomycota为土壤中主要真菌门,玉米季Ascomycota的相对丰度在CK处理为45.35%,在MNPK和NPK处理分别为50.93%和56.16%。有机肥有利于降低病原真菌相对丰度,具有高度侵染性的Cochliobolus在玉米季的MNPK(0.41%)和M(0.39%)中的相对丰度显著小于CK(3.25%)和NPK(2.08%)。施无机肥真菌群落的改变可能对作物生长造成负面影响。土壤理化性质对真菌群落变化的解释量为27.16%;速效钾、硝态氮和速效磷是改变土壤真菌群落结构的主效环境因子。4.氨氧化细菌(AOB)和氨氧化古菌(AOA)分析结果表明,MNPK的AOB数量高于NPK处理(玉米季,MNPK高出NPK处理30%),但NPK的AOA数量高于MNPK处理(大豆季,NPK高出MNPK处理39.4%);不同施肥处理的AOA数量大于AOB数量(玉米季AOA/AOB为5.08~42.62)。MNPK的AOBα多样性与NPK较接近;MNPK的AOAα多样性指数均略高于NPK,利于建立长期稳定的土壤生态系统。不同施肥之间的AOB和AOA优势OTU数量存在差异,AOB优势菌群为Nitrosospira;AOA为Nitrososphaera。5.BIOLOG检测得知两个作物季MNPK的代谢活性均高于NPK。施肥显著影响可培养纤维素降解微生物数量,从M处理中分离一株高酶活纤维素降解菌,经初步鉴定为Streptomyces sp.HLJM-3。