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土壤有机碳氮矿化作为陆地生态系统重要的生物化学过程，直接影响到土壤中养分循环及养分有效性（如N的有效性）。土壤有机碳积累不仅对实现养分循环和提高作物产量至关重要，还对降低全球气候变暖、实现粮食安全具有重要意义。然而长期施肥引起的土壤和微生物化学计量对土壤有机碳氮矿化和积累的响应却鲜为人知。本文以两个长期定位试验稻作系统为研究平台，包括（i）武昌试验点：对照处理（CK）、单施氮肥（N）、施氮磷肥（NP）、施氮磷钾肥（NPK）、单施有机肥（M）、氮肥配施有机肥（MN）、氮磷配配施有机肥（MNP）、氮磷钾配施有机肥（MNPK）以及氮磷钾配施高量有机肥（hMNPK）；（ii）祁阳试验点：CK、NPK、M、PKM、NKM、NPM和NPKM处理。利用田间样品采集、室内培养、模型拟合和相关分析等多种手段相结合的方法，通过测定并分析土壤有机碳、氮、磷及其可溶性、化学计量、微生物量碳氮磷、与碳氮转化相关的酶活性以及土壤有机碳氮矿化特征等，以期（i）明确土壤有机碳氮对长期施肥的响应及相关微生物学特性；（ii）揭示长期施肥引起的土壤和微生物C、N、P化学计量变化对土壤有机碳氮矿化的影响。试验结果可为土壤肥力提升、作物高产以及农田的固碳减排等提供一定的科学依据和理论支撑。主要研究结果如下：
施肥改变了土壤、微生物及酶的化学计量特征。与对照相比，施用有机肥及化肥配施有机肥显著提高了土壤碳氮含量、微生物量碳（SMBC）、SMBN和SMBP的含量（p＜0.05）。微生物量化学计量和胞外酶参与土壤CNP循环，并被用来指示土壤有机碳氮矿化过程。与CK和NPK相比，施用粪肥显著提高了土壤和微生物量的C:P比和N:P比（P＜0.05）。在水稻-小麦轮作体系中，在粪肥处理中与碳转化相关的酶活性降低，而在无机肥处理中增加，与氮转化相关的酶活也是如此。相反，在双季稻种植系统中，与CK和NPK处理相比，粪肥施用显著提高了碳氮转化相关的酶活（BG提高了66-201%和32-197%；CBH提高了166-419%和310-701%；LAP提高了17-184%；NAG提高了62-132%）。土壤酶的C∶N比、C∶P比和N∶P比分别为0.36、0.16、0.47（武昌）和0.75、0.19、0.27（祁阳）。
粪肥可提高土壤有机碳和氮的矿化，且矿化过程与土壤、微生物和酶的化学计量比显著相关。在稻麦轮作体系中，与CK和化肥处理相比，施用粪肥土壤有机碳氮矿化量分别显著提高了48-78%和54-97%。然而，在双季稻种植模式下，与对照相比，施用NPK肥和施用粪肥处理土壤有机碳氮矿化量分别提高了36-79%和100-142%。土壤有机碳氮矿化与土壤C∶P比和N∶P比以及微生物量SMBC∶SMBP比和SMBN∶SMBP比都呈显著负相关关系。LAP酶（武昌）和碳氮转化相关的酶（祁阳）均与土壤有机碳氮矿化呈现显著的正相关关系，但是与qCO2呈负相关。有机无机配施引起的土壤化学计量（C∶P比和N∶P比）和微生物量化学计量（SMBC∶SMBP比和SMBN∶SMBP比）的降低以及LAP酶和与碳氮转化相关酶活性的升高均促进了土壤碳氮的矿化过程。与施用N和NP处理相比，粪肥使微生物代谢熵（qCO2）降低了32-55%，但NPK处理无显著变化。当N和P的有效性达到一定值后，不论是在水稻-小麦轮作系统中（0.69-0.72mg CO2-C g-1MBC h-1），还是在双季稻（0.88-1.14mg CO2-C g-1MBC h-1）体系中，其对qCO2的影响都将有限。
无保护碳组分（cPOC）、物理保护组分和物理化学保护组分的累积提高了土壤有机碳氮的矿化，进而影响了作物产量。对土壤有机碳氮矿化和有机碳组分对作物产量影响的研究表明，有机肥与化肥配施使得无保护碳组分（cPOC）的含量显著提高了44-72%。粪肥施用增加物理保护（μagg）、物理化学保护（H-μsilt）和物理生物化学保护（NH-μsilt）组分，分别提高了30-56%、62-150%和27-51%，但化学和生物化学保护组分无显著变化。回归分析表明，无保护碳组分（cPOC）、物理保护组分和物理化学保护组分的累积提高了土壤有机碳氮的矿化。长期施用有机肥可显著提高小麦和水稻籽粒产量，其中cPOC、μagg和理化保护组分(H-μsilt,H-μclay)中有机质含量的积累以及有机碳氮的矿化是提高小麦和水稻籽粒产量的主要因素。
综上所述，土壤有机碳氮矿化随土壤和微生物量C∶P比和N∶P比化学计量的增加而降低，证明了长期田间试验中微生物量的化学计量依赖于土壤的化学计量。因此，土壤化学计量可以作为土壤有机碳氮矿化特征的指示指标，这意味这长期施用粪肥可以通过丰富的养分输入提高土壤微生物量，进而影响土壤和微生物的化学计量。在农田生态系统中有机无机配施可能是满足微生物化学计量和提高养分可利用性的有效手段。长期有机无机配施提高无保护碳和物理保护碳组分中有机碳的积累，进而增强土壤碳的稳定性和水稻土的生产力。
施肥改变了土壤、微生物及酶的化学计量特征。与对照相比，施用有机肥及化肥配施有机肥显著提高了土壤碳氮含量、微生物量碳（SMBC）、SMBN和SMBP的含量（p＜0.05）。微生物量化学计量和胞外酶参与土壤CNP循环，并被用来指示土壤有机碳氮矿化过程。与CK和NPK相比，施用粪肥显著提高了土壤和微生物量的C:P比和N:P比（P＜0.05）。在水稻-小麦轮作体系中，在粪肥处理中与碳转化相关的酶活性降低，而在无机肥处理中增加，与氮转化相关的酶活也是如此。相反，在双季稻种植系统中，与CK和NPK处理相比，粪肥施用显著提高了碳氮转化相关的酶活（BG提高了66-201%和32-197%；CBH提高了166-419%和310-701%；LAP提高了17-184%；NAG提高了62-132%）。土壤酶的C∶N比、C∶P比和N∶P比分别为0.36、0.16、0.47（武昌）和0.75、0.19、0.27（祁阳）。
粪肥可提高土壤有机碳和氮的矿化，且矿化过程与土壤、微生物和酶的化学计量比显著相关。在稻麦轮作体系中，与CK和化肥处理相比，施用粪肥土壤有机碳氮矿化量分别显著提高了48-78%和54-97%。然而，在双季稻种植模式下，与对照相比，施用NPK肥和施用粪肥处理土壤有机碳氮矿化量分别提高了36-79%和100-142%。土壤有机碳氮矿化与土壤C∶P比和N∶P比以及微生物量SMBC∶SMBP比和SMBN∶SMBP比都呈显著负相关关系。LAP酶（武昌）和碳氮转化相关的酶（祁阳）均与土壤有机碳氮矿化呈现显著的正相关关系，但是与qCO2呈负相关。有机无机配施引起的土壤化学计量（C∶P比和N∶P比）和微生物量化学计量（SMBC∶SMBP比和SMBN∶SMBP比）的降低以及LAP酶和与碳氮转化相关酶活性的升高均促进了土壤碳氮的矿化过程。与施用N和NP处理相比，粪肥使微生物代谢熵（qCO2）降低了32-55%，但NPK处理无显著变化。当N和P的有效性达到一定值后，不论是在水稻-小麦轮作系统中（0.69-0.72mg CO2-C g-1MBC h-1），还是在双季稻（0.88-1.14mg CO2-C g-1MBC h-1）体系中，其对qCO2的影响都将有限。
无保护碳组分（cPOC）、物理保护组分和物理化学保护组分的累积提高了土壤有机碳氮的矿化，进而影响了作物产量。对土壤有机碳氮矿化和有机碳组分对作物产量影响的研究表明，有机肥与化肥配施使得无保护碳组分（cPOC）的含量显著提高了44-72%。粪肥施用增加物理保护（μagg）、物理化学保护（H-μsilt）和物理生物化学保护（NH-μsilt）组分，分别提高了30-56%、62-150%和27-51%，但化学和生物化学保护组分无显著变化。回归分析表明，无保护碳组分（cPOC）、物理保护组分和物理化学保护组分的累积提高了土壤有机碳氮的矿化。长期施用有机肥可显著提高小麦和水稻籽粒产量，其中cPOC、μagg和理化保护组分(H-μsilt,H-μclay)中有机质含量的积累以及有机碳氮的矿化是提高小麦和水稻籽粒产量的主要因素。
综上所述，土壤有机碳氮矿化随土壤和微生物量C∶P比和N∶P比化学计量的增加而降低，证明了长期田间试验中微生物量的化学计量依赖于土壤的化学计量。因此，土壤化学计量可以作为土壤有机碳氮矿化特征的指示指标，这意味这长期施用粪肥可以通过丰富的养分输入提高土壤微生物量，进而影响土壤和微生物的化学计量。在农田生态系统中有机无机配施可能是满足微生物化学计量和提高养分可利用性的有效手段。长期有机无机配施提高无保护碳和物理保护碳组分中有机碳的积累，进而增强土壤碳的稳定性和水稻土的生产力。