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土壤微生物是农田生态系统的重要组成，在土壤养分转化、有机质分解、腐殖质形成、土壤肥力保持、营养元素的转化和循环中发挥了重要作用，而发挥作用的微生物属性是丰度和种群结构。影响丰度和种群结构的外界条件是水、热、气和营养物质，而水、热、气和营养物质又决定于农田管理方式如种植作物、肥料施用等直接或间接地影响土壤微生物群落结构及其功能的演化。本研究基于长期定位试验平台，利用新一代454高通量测序技术，以16S rRNA基因为分子标靶，原位条件下研究农田管理措施对土壤微生物群落结构的影响规律；进一步结合稳定性同位素示踪土壤微生物核酸DNA技术研究长期施肥条件下，土壤硝化微生物群落结构的主要变化规律及主要作用者。主要研究结果如下：东北黑土区主要的种植制度下（大豆、小麦和玉米）田间原位研究结果表明：大豆对根际微生物总量影响最大，小麦次之，玉米影响最小。根际微生物的种群组成中，细菌占绝对优势。三种作物对土壤氨氧化细菌和古菌丰度影响不显著。施用氮肥导致土壤氨氧化细菌的丰度显著增加，而氨氧化古菌的丰度明显降低。施用磷肥对于氨氧化古菌和氨氧化细菌丰度的影响不显著。温室盆栽实验研究发现：小麦、肥料、小麦肥料耦合作用三种因素对土壤微生物数量、酶活性和氨氧化微生物丰度的影响不同。小麦种植增加了微生物数量、脲酶和磷酸酶活性，增幅分别为39.0%、302%和38.5%；不同肥料处理对三者的影响分别为24.6%47.0%、17.2%32.7%和21.2%25.9%；小麦施肥耦合作用的影响分别为3.30%31.4%、59.0%168%和15.2%26.7%。小麦降低了土壤氨氧化细菌的丰度达44.1%，增加了氨氧化古菌的丰度达29.5%；氮肥显著增加了氨氧化细菌的丰度264%313%，而磷肥对于氨氧化细菌增加仅为4.94%，氮磷肥均显著降低了氨氧化古菌的丰度达23.8%48.5%；小麦和肥料耦合显著降低了氨氧化细菌的丰度，增加了氨氧化古菌的丰度。三种因素中小麦和肥料耦合对于氨氧化细菌和古菌的影响最大，最终表现为小麦-施肥较施肥显著增加了氨氧化细菌丰度，而降低了氨氧化细菌丰度。针对长期定位试验的土壤样品，新一代高通量测序分析微生物16S rRNAgene，在整体水平上对长期不同施肥土壤中微生物群落变化进行研究。结果表明：长期施肥后，土壤微生物以不施肥土壤中微生物数量4.39%为分界点，长期施肥土壤中微生物总量>4.39%的土壤微生物生长被抑制；相反，促进了<4.39%的土壤微生物的生长。并且长期施肥引起了土壤微生物多样性的降低，同时，施用氮肥土壤微生物多样性较磷肥土壤微生物多样性低。进一步采用稳定性同位素示踪（DNA-SIP）和新一代高通量测序技术，研究了长期施肥对东北黑土中氨氧细菌和古菌功能的影响。长期施肥引起土壤铵态氮浓度增加达8倍，并且土壤原位硝化活性(15N示踪)显著增强，与此同时，氨氧化细菌丰度显著增加，而氨氧化古菌变化不显著。进一步利用稳定性同位素示踪CK和NPK土壤中的氨氧化微生物核酸DNA发现，氨氧化细菌在长期不施肥CK和施肥NPK土壤中均具有氨氧化功能，而氨氧化古菌仅在不施肥CK土壤中具有活性。这充分说明东北黑土长期施肥导致了土壤中氨氧化古菌功能的退化。综上所述，在东北黑土中施用氮肥增加了土壤氨氧化细菌的丰度，降低了氨氧化古菌的丰度，并且氮肥的施用降低了土壤微生物多样性。黑土中长期施肥导致了氨氧化古菌功能的退化，氨氧化细菌功能的强化。