中国每年产出7亿多吨秸秆资源，其中有21％被废弃和焚烧，导致资源浪费和环境问题。秸秆归还是提高土壤有机质含量的重要途径，而有机物化学结构的变化影响了其转化和归趋，是形成土壤有机质（腐殖质）的关键过程。目前，对于不同气候和土壤类型下有机物在长期腐解过程中养分释放、化学结构的转化过程及其微生物的耦合驱动机制仍不清楚，特别是对不同影响因素的相对作用缺乏定量评价。本文在3个气候带、3种土壤类型上设置土壤互置试验研究典型秸秆的长期腐解过程，分析气候、土壤类型对不同秸秆化学结构和微生物群落组成的影响。实验依托在中国东部水热梯度带（寒温带、暖温带、中亚热带）设置的3种土壤类型（中性黑土、碱性潮土、酸性红壤）的互置实验平台，选取玉米和小麦秸秆为有机物料，在表层土壤中埋设尼龙网袋进行了3年的腐解试验。分别在腐解0.5年、1年、2年、3年时采集三个气候带三种土壤中的尼龙网袋内腐解样品，测定腐解物质量残留量和氮磷钾养分含量的变化，利用固态核磁共振波谱(C13-NMR)和磷脂脂肪酸分析(PLFA)分析有机碳官能团化学结构和腐解微生物群落组成的协同变化，以期解析非生物因素（秸秆属性、土壤条件、气候条件）与生物因素（微生物群落）对有机物料腐解过程的影响机制。研究结果表明:　　(1)气候条件显着影响了秸秆的腐解进程，秸秆腐解的质量残留量可以评价土壤有机质的形成数量。在3年腐解期间，气候条件对腐解进程的影响最大，对残留量变化的平均贡献率为47.5±14.7％;其次是秸秆属性，在腐解初期影响显着，在0.5a和1a的贡献率分别为26.4％和20.5％(p＜0.05)，但在腐解后期(2～3a)影响不显着;土壤条件的影响较小，平均贡献率为8.47±2.45％;此外秸秆属性与气候、土壤条件之间也存在交互作用。　　(2)不同气候和土壤中养分随秸秆腐解的释放模式不同，在腐解前期秸秆因子影响大，在腐解后期气候和土壤的影响增加。在3年腐解期间，小麦和玉米秸秆氮、磷、钾(N、P、K)养分的平均累积释放率分别为54.7±21.2％、43.2±34.7和94.3±5.3％，K素释放量显着高于N、P。秸秆中K素在所有气候和土壤中表现出直接释放模式;N素和P素在寒温带条件下的潮土与红壤中表现出先富集后释放模式，在暖温带和中亚热带条件下大多表现出直接释放模式。不同气候条件下黑土中秸秆N、P、K养分的释放总体上表现为直接释放模式。在3年腐解期间，气候和土壤条件显着影响了N、P的总释放量，其中气候条件的影响高于土壤，气候条件对N素和P素释放量变化的贡献率分别为19.5±5.3％和19.5±5.0％，而土壤条件的贡献率分别为16.6±6.5％和13.8±7.0％。在腐解后期气候、土壤和秸秆因子对养分释放量变异的解释率总和低于30％，说明土壤中生物群落等其他因素也影响了秸秆腐解的养分释放量。　　(3)有机物料腐解进程中残留物化学结构向难分解官能团（烷基、羰基、芳香基碳）转化，特别是在暖温带和中亚热带化学结构转化趋于相似。随秸秆的腐解进程，残留物中易分解组分的含氧烷基碳（O-alkyl C）相对含量下降，难分解组分的烷基碳(alkyl C)、羰基碳(carbonyl C)和芳香基碳(aromatic C)相对含量升高。气候条件（相对湿度、年均降水量）和土壤因子（土壤有机质含量）共同影响了小麦和玉米秸秆中易分解有机碳含氧烷基(O-alkyl C)的腐解常数（K值）。在腐解前期，小麦和玉米秸秆有机碳官能团的化学组成变化路径不同，但在腐解后期逐渐重合，特别是在暖温带和中亚热带化学结构趋于相似。　　(4)随着秸秆的腐解进程，秸秆腐解微生物的生物量下降，并向以细菌、特别是革兰氏阳性菌为主的群落结构方向演替。PLFA分析表明，细菌和真菌总生物量随秸秆残留量的下降而降低。细菌丰度在玉米秸秆腐解中主要受年均温和相对湿度的影响，在小麦秸秆腐解中同时受降雨量和秸秆N/P比的影响;而真菌丰度主要受气候、秸秆和土壤因子的共同影响。与微生物丰度不同，秸秆属性（N素含量、N/P比）控制了腐解微生物多样性（香农指数、均匀度指数）的变化。随着秸秆的腐解进程，真菌/细菌比(F/B)和革兰氏阴性菌/革兰氏阳性菌比值(G-/G+)逐渐降低，主成分分析也表明秸秆腐解微生物群落结构表现出趋同现象。在3年腐解期间，气候因子显着影响了腐解微生物群落结构的变化，秸秆属性在腐解前期(0.5-1a)也有显着影响，但土壤因子的影响不显着。　　(5)有机物料腐解残留物的化学结构转化与腐解微生物群落演替间相互影响。在3年腐解期间，微生物群落结构对秸秆残留物的化学结构变化影响最大（平均解释量为40.2±12.3％），但微生物群落结构的变化主要受气候条件(20.6±3.8％)和秸秆官能团因子(20.3±7.6％)的影响。相关性分析表明，真菌/细菌比(F/B)与含氧烷基碳(暖温带相关系数r=0.52，中亚热带r=0.60)和烷基碳（暖温带r=-0.56，中亚热带r=-0.70）显着(p＜0.05)相关，且与烷基/氧烷基碳比值也显着相关（暖温带r=-0.44，中亚热带r=-0.66），说明在暖温带、中亚热带秸秆有机碳的腐解进程与微生物群落结构变化存在耦合关系。此外，在腐解过程中，秸秆氮素含量不仅与秸秆残留物中含氧烷基碳(r=-0.87)和烷基碳(r=-0.24)显着相关，也与F/B(r=-0.37)和G-/G+（r=-0.56）显着相关，表明秸秆氮素养分驱动了秸秆有机碳和腐解微生物的耦合变化过程。