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在自然土壤中生存着大量的微生物群，它们能较敏感地预测土壤环境的变化，因此，土壤生物活性常被用作衡量土壤质量的灵敏指标.对土壤微生物及其生物活性进行研究，不但能揭示土壤中物质代谢和肥力发展的规律，而且对土壤生态环境的建设也有重要的理论参考价值.长期定位试验具有短期试验不具备的解释与解答的潜力，能克服因气候、年变化对肥效的影响，系统地研究各种肥料对作物产量、品质的作用和培肥差异，同时也为研究不同培肥措施对土壤生物学性质的影响提供了场所.长期不同施肥土壤的性质、物质组成等均发生了明显的变化，对土壤生物活性也势必造成不同的影响.
本文以长期不同施肥土壤为材料，从土壤酶活性、土壤微生物生物量、土壤呼吸、土壤微生物群落多样性等几个方面，系统地研究了连续不同施肥对土壤生物活性和微生物多样性的影响，并探讨其与土壤肥力的关系，从而为深入了解微生物在土壤肥力调节中的作用，制定合理的土壤培肥制度，促进土壤良性生态循环和农业可持续发展提供科学依据.本文的主要结果如下：
1.不同水热梯度下长期施肥对土壤酶活性的影响
采取沈阳农业大学土壤肥力长期定位试验站、封丘农业生态国家实验站、桃源农业生态试验站和衡阳红壤实验站四个站点的土壤样品，研究不同水热梯度下长期定位施肥对土壤酶活性的影响.结果表明，长期施肥增加了土壤酶的活性，而有机肥的施用与无机肥相比更为明显地增加了土壤的酶活性.此外，土壤酶活性还表现出明显的地域性差异.统计分析表明，纤维素分解酶和脲酶活性可以作为四个站点土壤肥力的潜在指标，主成分分析能够客观地评价土壤的肥力水平.逐步回归分析表明，土壤酶活性的影响因素也表现出明显的地域性差异，我国中部和北部土壤酶的主要影响因子是土壤有效磷的含量，而南部土壤酶的主要影响因子是土壤全氮和有效氮的含量。
2.不同水热梯度下长期施肥对土壤呼吸强度和微生物生物量的影响
不同水热梯度下，施肥对土壤呼吸和微生物生物量的影响因土壤类型不同和施肥处理不同而有所差异.有机肥较为显著地增加了四个站点土壤的呼吸强度和微生物生物量，而无机肥对各站点土壤的呼吸强度和微生物量含量没有显著影响.各站点的土壤呼吸强度没有明显差异，而桃源水稻土具有较高的土壤微生物生物量.
3.长期施肥条件下土壤生物活性的季节动态变化
长期施用有机肥和无机肥对春季，夏季和秋季沈阳棕壤表土层和亚表层的酶活性、土壤呼吸、微生物生物量和呼吸熵的影响的研究结果表明，长期施用有机肥(NP+C，C)增加了棕壤的全氮、有机碳和微生物生物量，增强了土壤呼吸强度和土壤的各种酶活性：长期施用无机肥(N，NP)显著地降低了土壤的pH值、蔗糖酶活性和微生物生物量碳，却增加了土壤呼吸熵；而对土壤全氮含量、脲酶活性和微生物生物量氮没有显著影响.而且，不耕作不施肥处理(CKO)的养分含量和微生物活性与不施肥处理(CK)相比没有显著差异.与亚表层(20-40 cm)相比，各处理的表土层(0-20 cm)具有较高的养分含量和微生物活性.此外，土壤酶活性和微生物生物量在春季和秋季较高，而呼吸强度和呼吸熵则在夏季较高.
4.不同水热梯度下长期施肥对土壤微生物种群结构多样性的影响
应用变性梯度凝胶电泳(DGGE)和聚类分析(UPGMC)研究了不同水热梯度下施肥对土壤细菌微生物区系结构多样性的影响，结果表明，不同土壤类型和不同施肥处理条件下土壤细菌群落结构多样性差异很大.与对照相比，施肥增加了细菌的结构多样性，并且有机肥处理的土壤细菌结构较无机肥处理复杂.聚类分析表明，NPK+C和C处理的细菌区系归为一群族，CK，N和NPK处理的归为另一群族，NPK+C和C处理的细菌结构与CK处理的相似性较低，N和NPK处理的细菌结构与CK处理的相似性较高，说明有机肥的施入增加了土壤微生物的结构多样性.
5.玉米生长过程中不同施肥处理对土壤呼吸和微生物生物量碳的影响
施肥条件下，黑土的土壤有机质含量和呼吸强度在玉米的各生长期都没有明显变化，微生物生物量碳含量则随着玉米的生长呈增长趋势，且大喇叭口期达到最大，随着玉米的衰老而降低，灌浆成熟期达到最小值.红壤的土壤有机质含量、呼吸强度和微生物生物量碳含量都随着玉米的生长呈增长趋势，且大喇叭口期达到最大，随着玉米的衰老而降低，灌浆成熟期达到最小值.在玉米的不同生长期，有机肥处理(NPK+C和C)增加了黑土和红壤的土壤呼吸和微生物生物量碳，而无机肥处理(N和NPK)则没有显著影响.另外，不论是在黑土还是在红壤上施用有机肥(NPK+C和C处理)在玉米生长的过程中都降低了土壤微生物的呼吸熵(qCO2)，而施用无机肥(N和NPK处理)提高了微生物的呼吸熵.
6.玉米生长过程中不同施肥处理对土壤微生物功能多样性的影响
采用Biolog方法在盆栽试验条件下研究了不同施肥处理下玉米不同生育期黑土和红壤微生物群落功能多样性的变化。结果表明，在玉米不同生育期不同施肥处理对黑土和红壤微生物群落的影响存在明显差异.有机肥处理的土壤微生物功能多样性、均匀度指数和AWCD(平均每孔颜色变化率)均显著高于无机肥处理.无机肥对黑土微生物群落没有明显影响，却显著地降低了红壤微生物群落的功能多样性.在玉米的大喇叭口期黑土的微生物多样性和AWCD均高于苗期和拔节期，而对于红壤来说，在苗期和大喇叭口期具有较高的微生物多样性和AWCD.主成分分析表明，主成分1(PC1)和主成分2(PC1)可以区分有机肥处理和无机肥处理这两种施肥方式，并且不同施肥处理土壤微生物对碳源的利用存在明显差异，糖类，羧酸类，氨基酸类，双亲化合物，聚合物和胺类化合物是有机肥处理的土壤微生物群落主要利用的碳源，而糖类，羧酸类，双亲化合物和聚合物是无机肥处理的微生物群落主要利用的碳源。