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为了探明有机肥施用对稻田土壤碳氮转化的影响与微生物机制，本研究以红壤丘陵区湖南省宁乡县典型稻田长期定位施肥试验土壤为研究对象，选取不施肥（CK）、化肥（NPK）、秸秆还田+化肥（NPKS）、30%有机肥+化肥（LOM）和60%有机肥+化肥（HOM）5种处理，采用18O-H2O、Microresp TM技术、荧光定量PCR、PLFA等技术，分析分蘖旺期不同施肥处理下稻田根际与非根际土壤中微生物碳源利用特征，分析土壤中氮转化相关微生物功能群的数量、酶活性，解析土壤中微生物群落和微生物残留物对施肥的响应，探明有机肥对碳氮转化的影响与微生物机制。主要研究结果如下：
（1）不同施肥处理下硝态氮、氨态氮、MBC和MBN范围分别为0.38～2.26、7.38～11.52、889.27～1689.66和64.01～141.67mg?kg-1。不同施肥处理下根际与非根际土壤中有机碳和全氮含量范围分别19.73～33.59和1.98～3.83 g?kg-1，总体以HOM＞LOM＞NPKS＞NPK＞CK。与NPK处理相比，有机肥的施加能实现早稻稳产、晚稻增产。有机肥的施用可以增加土壤pH、MBC、MBN、SOC和TN，降低C/N，且氨态氮和硝态氮对施肥处理的响应和强度有所不同。施用有机肥（LOM和HOM）增加了土壤脲酶和蛋白酶活性，降低了硝酸还原酶活性。高量有机肥处理下水稻氮素代谢相关酶活性（硝酸还原酶、谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶）均最高。各个处理下土壤氮转化功能微生物丰度略有不同，但总体上以施用有机物料（秸秆还田和施加有机肥处理）显著高于不施肥和施用化肥处理（除AOB功能基因外），表明施加有机物料可显著改变土壤氮转化功能微生物群落结构。
（2）不同施肥处理下微生物量碳（MBC）和微生物生长速率（CGrowth）范围分别为817.0～1807.4 mg?kg-1和216.0～231.7 ng?（g?h）-1，且均以HOM处理最高，CK处理最低。土壤微生物基础呼吸速率范围为251.4～418.1 ng?（g?h）-1，在根际土中，以HOM最高，CK和NPK最低；土壤微生物碳源利用效率（CUE）的变化范围为0.38～0.47，以NPK最高，LOM和HOM最低。非根际土中，不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异。MicroRespTM结果显示，非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土。施用有机物料（秸秆或有机肥）均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率，且土壤微生物利用羧酸类碳源的代谢速率（0.60 ng?（g?h）-1）最高，对复杂化合物的代谢速率（0.13 ng?（g?h）-1）较低。与不施肥和施用化肥相比，施用有机物料能显著增加土壤微生物量碳和微生物生长速率（CGrowth）；施肥不改变微生物基础呼吸和CUE（非根际土），但在根际土中，受根际分泌物的影响，施用有机物料增加微生物基础呼吸、降低其CUE。
（3）不同施肥处理下土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌和PLFA总量含量的变化范围分别为130.45～242.65、15.68～24.45、25.32～55.02、48.94～87.40、20.28～39.18和155.47～287.77 nmol?g-1。氨基糖总量、胞壁酸、氨基葡萄糖和氨基半乳糖含量的变化范围分别为 1217～2004、46～112、706～1226和439～705 mg?kg-1。与对照（不施肥）和施用化肥相比，长期施用有机物料不仅显著增加水稻根际土和非根际土壤PLFA总量和五种PLFA单体的含量，而且还可以增加微生物残留物总氨基糖及其三种氨基单糖的含量。土壤总PLFA和PLFA单体总体上以HOM＞LOM＞NPKS＞NPK＞CK，但不同施肥处理下三种氨基单糖的积累规律不一致。这说明有机肥的施用可显著改善微生物群落结构，促进微生物残留物的积累，但不同微生物对施肥处理的响应趋势和强度有所不同。
（4）RDA分析表明，土壤微生物对外源碳源利用特征和氮转化功能微生物基因丰度的聚类总体以根际土与非根际土分开。单施化肥和秸秆还田+化肥处理的外源碳代谢特征相似，其与施用高量或低量有机肥的碳源代谢特征有明显差别。不同施肥处理下氮转化功能微生物聚类特征，有机肥处理与其他处理分开，且CK、NPK与NPKS相对聚集，LOM与HOM相对聚集，表明施加有机肥显著改变土壤氮转化功能微生物基因丰度。
（1）不同施肥处理下硝态氮、氨态氮、MBC和MBN范围分别为0.38～2.26、7.38～11.52、889.27～1689.66和64.01～141.67mg?kg-1。不同施肥处理下根际与非根际土壤中有机碳和全氮含量范围分别19.73～33.59和1.98～3.83 g?kg-1，总体以HOM＞LOM＞NPKS＞NPK＞CK。与NPK处理相比，有机肥的施加能实现早稻稳产、晚稻增产。有机肥的施用可以增加土壤pH、MBC、MBN、SOC和TN，降低C/N，且氨态氮和硝态氮对施肥处理的响应和强度有所不同。施用有机肥（LOM和HOM）增加了土壤脲酶和蛋白酶活性，降低了硝酸还原酶活性。高量有机肥处理下水稻氮素代谢相关酶活性（硝酸还原酶、谷氨酸合成酶和谷氨酰胺合成酶）均最高。各个处理下土壤氮转化功能微生物丰度略有不同，但总体上以施用有机物料（秸秆还田和施加有机肥处理）显著高于不施肥和施用化肥处理（除AOB功能基因外），表明施加有机物料可显著改变土壤氮转化功能微生物群落结构。
（2）不同施肥处理下微生物量碳（MBC）和微生物生长速率（CGrowth）范围分别为817.0～1807.4 mg?kg-1和216.0～231.7 ng?（g?h）-1，且均以HOM处理最高，CK处理最低。土壤微生物基础呼吸速率范围为251.4～418.1 ng?（g?h）-1，在根际土中，以HOM最高，CK和NPK最低；土壤微生物碳源利用效率（CUE）的变化范围为0.38～0.47，以NPK最高，LOM和HOM最低。非根际土中，不同施肥处理的基础呼吸速率和CUE均无显著差异。MicroRespTM结果显示，非根际土中微生物对外源碳源代谢能力高于根际土。施用有机物料（秸秆或有机肥）均能提高微生物对羧酸类、氨基酸、碳水化合物的代谢速率，且土壤微生物利用羧酸类碳源的代谢速率（0.60 ng?（g?h）-1）最高，对复杂化合物的代谢速率（0.13 ng?（g?h）-1）较低。与不施肥和施用化肥相比，施用有机物料能显著增加土壤微生物量碳和微生物生长速率（CGrowth）；施肥不改变微生物基础呼吸和CUE（非根际土），但在根际土中，受根际分泌物的影响，施用有机物料增加微生物基础呼吸、降低其CUE。
（3）不同施肥处理下土壤细菌、真菌、革兰氏阳性菌、革兰氏阴性菌、放线菌和PLFA总量含量的变化范围分别为130.45～242.65、15.68～24.45、25.32～55.02、48.94～87.40、20.28～39.18和155.47～287.77 nmol?g-1。氨基糖总量、胞壁酸、氨基葡萄糖和氨基半乳糖含量的变化范围分别为 1217～2004、46～112、706～1226和439～705 mg?kg-1。与对照（不施肥）和施用化肥相比，长期施用有机物料不仅显著增加水稻根际土和非根际土壤PLFA总量和五种PLFA单体的含量，而且还可以增加微生物残留物总氨基糖及其三种氨基单糖的含量。土壤总PLFA和PLFA单体总体上以HOM＞LOM＞NPKS＞NPK＞CK，但不同施肥处理下三种氨基单糖的积累规律不一致。这说明有机肥的施用可显著改善微生物群落结构，促进微生物残留物的积累，但不同微生物对施肥处理的响应趋势和强度有所不同。
（4）RDA分析表明，土壤微生物对外源碳源利用特征和氮转化功能微生物基因丰度的聚类总体以根际土与非根际土分开。单施化肥和秸秆还田+化肥处理的外源碳代谢特征相似，其与施用高量或低量有机肥的碳源代谢特征有明显差别。不同施肥处理下氮转化功能微生物聚类特征，有机肥处理与其他处理分开，且CK、NPK与NPKS相对聚集，LOM与HOM相对聚集，表明施加有机肥显著改变土壤氮转化功能微生物基因丰度。