农业生产中长期施用化肥,不仅降低了作物对氮肥的利用效率,而且还造成了土壤的氮素超载,引发了一系列的环境问题。有机物料含有各种营养元素及有机质,与化肥配合施用既可以提高土壤地力、提高氮素利用效率,又可以提高农产品品质、保护农业环境。本研究以长期定位试验为基础,采用宏基因组测序技术和定量PCR等方法,研究大豆-玉米轮作和大豆连作模式下施肥种类(NPK肥、NPK肥配施生物炭、NPK肥配施有机肥和NPK肥配施生物炭+有机肥)对土壤理化性质、土壤酶活性、氮循环微生物群落结构、氮循环功能基因丰度影响,揭示微生物驱动的农田土壤氮素循环过程及机制。论文主要结果如下:(1)大豆-玉米轮作和大豆连作种植模式下,与施NPK相比,配施有机肥和生物炭+有机肥均可提高土壤养分含量。轮作模式下配施有机肥显著提升TN含量(47.06%)(P<0.05),配施生物炭+有机肥显著提升AP含量(82.62%)(P<0.05),配施有机肥和生物炭+有机肥显著提升AK(178.CP-69055041%和216.83%)和硝态氮含量(288.28%和305.00%)(P<0.05)。连作模式下配施有机肥和生物炭+有机肥显著降低土壤pH(P<0.05),配施有机肥显著增加OM含量(36.17%)(P<0.05),配施生物炭+有机肥显著降低铵态氮含量(26.89%)(P<0.05)。(2)大豆-玉米轮作和大豆连作种植模式下,不同施肥处理对土壤酶活的影响不同。轮作模式下配施生物炭和有机肥降低土壤脲酶活性(12.36%和5.37%),而配施生物炭+有机肥增加脲酶活性6.57%;三种配施方式均显著增加亚硝酸还原酶活性(46.15%～174.45%)(P<0.05)。连作模式下配施生物炭、有机肥和生物炭+有机肥均可提高脲酶活性(53.06%和61.92%),配施有机肥和生物炭+有机肥还可显著增加亚硝酸还原酶活性(89.39%和93.96%)(P<MRTX11330.05),而单独配施生物炭则降低了该酶的活性(18.28%)。(3)大豆-玉米轮作和大豆连作种植模式下,不同施肥处理在氮循环微生物群落组成方面表现出不同的结构特征。轮作模式下各施肥处理Actinobacteria和Proteobacteria门的相对丰度之和均超过64.60%,占主导地位。物种显著性分析显示两个门类下,配施生物炭与施NPK处理优势菌属均为Rhodococcus,而配施有机肥和生物炭+有机肥为Proteobacteria门的Afipia。限制性主坐标分析(CPCoA)显示四组间微生物群落组成结构差异不显著。连作模式与轮作模式相似,Actinobacteria和Proteobacteria门相对丰度之和超过60.40%,仍占主导地位。三种配施处理种优势菌属均为Actinobacteria门的Mycolicibacterium。CPCoA分析发现配施有机肥和生物炭+有机肥与施NPK组间差异显著(P<0.01),而配施生物炭与施NPK组间差异不显著。(4)大豆-玉米轮作和大豆连作种植模式下,不同施肥处理的反硝化过程关键基因组成和结构特征有明显差异。轮作模式下配施有机肥和生物炭+有机肥的narG和nosZ基因TPM(Transcripts Per Kilobase of exon model per Million mapped reads)值显著增加(P<0.05),napA基因TPM值显著降低(P<0.05),配施生物炭+有机肥的nir K基因TPM值显著增加(P<0.05)。连作模式下,三种配施方式均显著增加nos Z基因TPM值,配施生物炭+有机肥还可增加nar G、nirK和norB基因TPM值(P<0.05)。CPCoA分析发现配施有机肥和配施生物炭+有机肥与施NPK间反硝化过程关键基因组成差异非常显著(P<0.05),而配施生物炭与施NPK组间差异不显著。Actinobacteria门的贡献度是56.08%～66.72%,Proteobacteria门对narG基因对norB基因的贡献度是38.97%～72.76%。种植模式对nir K基因贡献度组成影响最大。unclassified＿P＿Acidobacteria、Bradyrhizobium和Nocardioides对5个主要功能基因的贡献度最多。种植模式对菌属对nirK和narG基因贡献度的组成影响最大。种植模式对反硝化途径和固氮途径影响显著,施肥方式显著影响硝化和反硝化途径。(5)大豆-玉米轮作和大豆连作模式下,不同施肥处理下导致环境因子与物种和反硝化功能基因间的相关性不同。两种模式下,配施生物炭+有机肥和有机肥处理组与环境因子关系更紧密,反硝化关键功能基因,除napA基因外,皆与pH显著负相关。轮作模式下,物种与环境因素pH、OM、NO_3~--N和NH_4~+-N显著负相关,和TP显著正相关(P<0.05)。连作模式下,物种与AK有着显著正相关性(P<0.05),反硝化关键功能基因与环境因子间有更强的相关性。(6)土壤N_2O的排放与反硝化过程关键基因丰度以及nirK、nirS以及nosZ基因拷贝数间没有相关性。相较于施用NPK,三种配施都可提高土壤N_2O的排放,其中配施有机肥增幅最大。反硝化过程关键基因nosZ丰度从高到底为生物炭+有机肥、有机肥生物炭和NPK,但nirK、nirS以及nosZ基因拷贝数四个处理ethanomedicinal plants间没有显著性差异。综上所述,大豆连作对土壤理化性质、酶活及氮循环微生物群落结构和关键功能基因的具有更积极的作用。轮作促进反硝化过程,而连作增强固氮作用。配施生物炭和有机肥增强了硝化和反硝化过程,而且配施生物炭可以增强固氮作用。配施生物炭、生物炭+有机肥有助于减少N_2O的排放。