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施肥影响土壤质量及其可持续利用。土壤微生物特性是反映土壤质量和生产力变化的重要指标，受施肥管理和土壤性质的显著影响。但由于土壤类型、轮作制度、土地利用方式、农田管理措施等的不同，施肥对土壤微生物特性的影响存在显著的时空差异，文献中的许多报道结论并不一致。我国南方红壤丘陵区自然条件优越，气候生产潜力大，水稻土是该地区代表性的农田土壤类型，在保障区域和国家粮食安全中发挥重要的作用。本论文依托红壤区长期田间小区试验，通过野外采样分析，比较不同施肥处理的红壤性水稻土微生物生物量差异及其在不同水稻生育期的动态变化，观测不同施肥处理对土壤酶活性和微生物群落功能多样性的影响；结合布置室内培育试验，研究不同施肥处理的土壤微生物生物量氮周转特征，分析调整肥料养分投入后土壤微生物生物量和群落功能多样性的短期变化；联系土壤微生物特性与土壤有机质、养分含量和作物产量的关系；试图揭示不同施肥处理影响土壤养分转化和供应能力变化的可能的内在机制。
研究结果表明，不同施肥处理下土壤微生物生物量碳、氮、微生物商、微生物生物量氮周转参数变化范围为202～424mg kg-1、18～29mg kg-1、1.9％～3.2％和6.7×10-3～20.5×10-3。施用磷肥有利于提高土壤微生物生物量碳和氮、微生物商和微生物生物量氮周转参数，比未施用磷肥处理(N、NK)平均提高了23％、35.9％、29％和31.2％。单施有机肥也有利于提高土壤微生物生物量碳、氮和微生物商，比不施肥提高了43％、29％和21％，但降低了4.3％的微生物生物量氮周转速率。有机无机肥配合施用显著提高了土壤微生物生物量碳和氮及微生物生物量氮周转速率，NPK+循环(NPKC)处理分别比不施肥高37％、32％和177％。在早稻不同生育期，不同施肥处理下土壤微生物量碳、氮的变化范围为119～325和17～41 mg kg-1。土壤微生物生物量碳总体上呈下降趋势，土壤微生物生物量氮在早稻灌浆前波动不大，在黄熟期上升，在收获期再次下降。有机无机肥配施处理在整个早稻生育期能够维持较高水平的微生物生物量碳氮。在水稻收获后，NPKC处理的土壤微生物生物量碳氮值最高，分别为246和19 mg kg-1。
施肥显著影响土壤酶活性和微生物群落功能多样性。不同施肥处理下土壤转化酶、脲酶、磷酸酶的变化范围为3.2～8.2 mg glucose kg-1 d-1、0.14～0.22 mg NH3-N kg-1 d-1和0.14～0.32mg PNP kg-1 d-1。不同施肥处理下土壤微生物群落Shannon指数和Pielou指数的变化范围为4.7～5.5和1.4～1.6。与未施用有机肥处理相比，施用有机肥提高了10％～86％的土壤转化酶活性，平均降低了27％的磷酸酶活性。与未施肥处理相比，施用氮肥降低了11％～28％的土壤脲酶活性，施用磷肥平均降低了49％的土壤磷酸酶活性。施用磷肥或有机肥+氮肥提高了土壤微生物群落Shannon指数及Pielou指数，并且施磷肥的各个处理具有相类似的Shannon指数(4.97～5.02)及Pielou指数(1.48～1.54)。
室内培养条件下(185天)，调整肥料养分投入也造成了土壤微生物生物量和群落功能多样性的变化。长期单施化肥的土壤添加有机无机肥料养分，土壤微生物生物量碳从173～225 mg kg-1增加到234～251 mg kg-1，提高了11％～36％；平均吸光值(AWCD)从0.06增加到0.34，提高了428％。长期有机无机肥配施的土壤添加有机肥料养分，土壤微生物生物量碳从235～262增加到284～361 mg kg-1，提高了8％～40％；AWCD从0.14增加到1.54，提高了992％。表明这两种调整肥料养分投入短期内可以提高土壤生物质量。而长期不施肥或单施有机肥的土壤添加有机无机肥料养分，和长期有机无机肥配施的土壤添加无机肥料养分或不添加肥料养分短期内可能会造成土壤生物质量下降。总之，调整肥料养分投入后土壤微生物特性发生了明显变化，其差异可以在微生物生物量碳与微生物碳源利用特性变化上得以体现。
不同施肥处理改变了土壤微生物生存环境，影响了土壤微生物特性；土壤微生物特性又影响了土壤养分转化及供应能力，从而影响了水稻产量。近20年的不同施肥处理，土壤有机质、全氮含量从初始3.3和0.4 g kg-1。增加到9.6～12.2和1.0～1.3g kg-1，提高了190～269％和135～191％。施用无机磷肥显著提高了土壤总磷及速效磷含量，比未施用磷肥处理(N、NK)提高67.9％和385％，且效果优于有机肥。不同施肥处理的水稻产量也有明显差异，有机无机肥配施处理具有最高的水稻产量，2008年为11477 kg hm-1，2009年为9122 kg hm-1。与未施入磷肥的处理(N、NK)相比，磷肥施入处理增加了159％～279％的水稻产量，且缺磷对早稻的胁迫大于晚稻。
总之，施用磷肥或配施氮肥和有机肥提高了微生物生物量、微生物生物量氮周转速率、微生物群落碳源利用能力以及群落多样性，调节了土壤酶活性，影响了土壤养分转化与供应能力，从而提高了作物产量。