黄淮海平原是我国的粮食主产区，然而由于不合理的人为管理措施以及土壤本身环境条件的限制，该地区近年来出现中低产田障碍因子增加，高产田土壤耕层变薄和贫瘠化的趋势。因此采取适当管理措施减轻障碍因子的负面效应，培肥高产田土壤是实现当地农业可持续发展亟待解决的问题。　　土壤生物化学性质是土壤肥力的重要指标，显著影响作物产量以及土壤生产力。同时土壤生物化学性质变化速度快，容易受人为管理措施以及环境条件的影响，因此土壤生化性质的变化受到广泛关注。秸秆还田是一项重要的农田管理措施，不仅能够减少秸秆焚烧所造成的环境污染，而且能够提高土壤肥力。因此研究不同人为管理措施及环境条件下秸秆还田对土壤生化性质的影响效应以及微生物转化过程，可为合理利用秸秆资源，推广秸秆还田提供依据。　　为此本文研究了室内培育条件下，不同水分条件下玉米茎叶和根的矿化特征及对土壤生化性质的影响;利用温室盆栽实验，研究了作物种植和不种植条件下秸秆还田对土壤生化性质的影响;利用13C和15N双标记技术以及13C标记磷脂脂肪酸(13C-PLFA)技术，研究了秸秆养分释放在土壤-作物系统间分配及微生物机制;利用田间定位实验，研究了不同秸秆还田措施对土壤生化性质的影响;通过13C核磁共振(13C-NMR)技术，研究了长期施用秸秆来源有机肥对土壤有机质含量和化学结构的影响。主要的研究结果如下:　　(1)以玉米地上部茎叶和根为研究对象，通过室内培育试验研究了40％和70％田间持水量条件下两者的矿化及其对土壤生化性质的影响。结果表明添加茎叶处理的累积呼吸量比添加根处理的高7～9％(p＜0.05），且来自茎叶的微生物生物量碳含量比来自根的微生物生物量碳含量高21～95％(p＜0.05)。虽然添加茎叶处理的热水提取态有机碳和微生物生物量碳含量分别比添加根处理的高3.8～23.1％和2.4～15.2％，但两处理间无显著差异(p＞0.05)。而基于BIOLOG技术的微生物功能多样性指数和碳源利用强度在两处理间也无显著差异(p＞0.05)。70％田间持水量处理的累积呼吸量、溶解性有机碳和热水提取态有机碳含量、纤维素酶和β-葡萄糖苷酶活性分别比40％田间持水量处理增加12～22％、56～146％、30～39％、89～342％和155～185％，两处理间差异显著(p＜0.05)。微生物功能多样性指数和碳源利用强度不受土壤水分的显著影响(p＞0.05)。本研究结果表明相同添加量条件下，茎叶和根对土壤生化性质的影响无显著差别，但添加根显著降低了累积呼吸量，表明添加根能够保留更多的碳。增加土壤水分能够提高土壤生化性质，但对土壤微生物群落功能多样性无显著影响。　　(2)通过温室盆栽实验研究了小麦种植和不种植条件下秸秆还田对土壤生化性质的影响。结果表明小麦不种植条件下，秸秆还田处理的土壤溶解性有机碳、热水提取态有机碳、团聚体平均重量直径、几何平均直径和多糖含量分别比不还田处理高28～43％、10～24％、14～20％、9～28％和13～31％，两处理间差异显著(p＜0.05);小麦种植条件下，秸秆还田处理的上述参数分别比不还田处理高35～36％、17～23％、7～10％、5～9％和9～37％，两处理间差异显著(p＜0.05)。小麦不种植条件下，秸秆还田显著增加了微生物碳源利用强度和功能多样性指数以及基于PLFA技术的微生物生物量(p＜0.05);而种植条件下，秸秆还田对微生物功能多样性指数和基于PLFA技术的微生物数量无显著影响。80％田间持水量处理较40％田间持水量处理显著增加溶解性有机碳和热水提取态有机碳含量、基于PLFA技术的微生物生物量、团聚体平均重量直径和几何平均直径(p＜0.05)，对微生物碳源利用强度和功能多样性指数无显著影响。本研究结果表明无论种植与否，秸秆还田均能显著改善土壤团聚体结构，增加部分活性有机碳含量;而秸秆还田对微生物功能多样性指数和基于PLFA技术的微生物生物量的改善则受作物种植与否的影响。　　(3)利用13C和15N双标记技术结合13C标记磷脂脂肪酸技术研究了秸秆养分在土壤-植物系统间的分配及微生物机制。结果表明在小麦种植一季收获后，约25～27％的秸秆氮被小麦吸收，32～59％和3.2～5.3％的秸秆氮分别转化为土壤总氮和微生物生物量氮;而24～41％和3.6～7.1％的秸秆碳分别转化为土壤有机碳和微生物生物量碳。小麦种植处理的来自秸秆的土壤有机碳和微生物生物量碳含量分别比不种植处理高5～37％和72～83％，两处理间差异显著(p＜0.05)。此外作物种植显著增加了革兰氏阴性菌生物量，降低了环丙脂肪酸/前体值(p＜0.05)，改变了微生物群落结构。13C标记磷脂脂肪酸分析表明小麦种植处理的来自秸秆的革兰氏阴性菌和真菌含量分别比不种植处理高37～62％和43～81％，两处理间差异显著(p＜0.05)。土壤水分对小麦总氮吸收量中来自秸秆的氮含量、来自秸秆的有机碳、总氮和微生物生物量碳/氮含量均无显著影响(p＞0.05)。本研究表明作物种植能够促进秸秆碳转化为土壤有机碳组分，这可能是因为作物种植改变了微生物群落结构，促进了革兰氏阴性菌和真菌对秸秆的分解;本实验的土壤水分对秸秆碳氮转化无显著影响。　　(4)通过田间实验研究了小麦苗期和抽穗期不同秸秆还田处理对土壤生化性质的影响，结果表明小麦抽穗期较苗期显著降低土壤速效养分含量，而显著增加微生物生物量碳含量、转化酶活性、微生物碳源利用强度和功能多样性指数以及基于PFLA的微生物生物量(p＜0.05)，同时微生物群落结构明显改变。秸秆还田显著增加土壤速效养分含量、易氧化有机碳、微生物生物量碳和总有机碳含量(p＜0.05)，但是作物产量、微生物碳源利用强度和功能多样性指数以及基于PFLA的微生物生物量均不受秸秆还田的显著影响(p＞0.05)。秸秆还田配施化肥能够进一步增加土壤速效氮含量、易氧化有机碳和潜在可矿化碳含量以及微生物碳源利用强度(p＜0.05)。本研究结果表明采样时期显著影响土壤化学和微生物学性质，而秸秆还田仅显著影响部分土壤化学性质，而对作物产量和微生物学性质影响不显著。　　(5)利用13C核磁共振技术，研究了长期施用秸秆来源的有机肥对土壤有机质含量和化学结构的影响，结果表明在1999和2009年，施用有机肥处理的土壤有机碳含量分别比施用化肥/对照处理高27～111％和33～183％，总氮含量也分别高16～106％和33～200％，处理间差异显著(p＜0.05)。缺施磷肥处理的有机碳含量最低，且随着施肥年限的增加，有机碳含量显著降低(p＜0.05)。同时施用有机肥处理的烷氧碳和酚碳比例显著高于施用化肥处理(p＜0.05)，但随着施肥年限的增加烷氧碳比例显著降低，酚碳比例显著增加，显著增加有机质芳香度(p＜0.05)。主成分分析表明施用有机肥处理的土壤有机质结构组成明显不同于施用化肥处理且随着施肥年限的增加趋势更加明显;缺施磷肥处理的有机质结构不同于缺施氮肥和缺施钾肥处理。本研究结果表明施用有机肥能够显著增加该地区土壤有机质含量，同时随着施肥年限的增加改变了有机质化学结构组成，显著增加了有机质的化学稳定性;而缺施磷肥会显著降低该地区有机质含量，改变有机质结构。