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施肥与气候变化可改变土壤碳库及营养元素循环,影响农田土壤可持续利用。微生物是生物地球化学循环的主要驱动者,但施肥对微生物分解土壤有机碳的影响还没有一致结论,施肥与气候变化对土壤微生物的交互作用亦没有综合深入的研究,因此对土壤碳库变化的机理尚不明晰。土壤类型是影响微生物群落的重要因素,但尚不明确不同类型土壤中环境干扰对微生物群落的影响是否一致。人类活动对气候的影响使得气候突变发生概率增加。基于以上问题,本研究利用玉米农田土壤跨气候带南北移位试验模拟气候突变,叠加氮磷钾肥施加试验,采用基因芯片和高通量测序等环境基因组技术,探究模拟气候突变、施肥及其交互作用对我国三种典型的农田土壤类型,即黑土(取自黑龙江)、红壤(取自江西)、潮土(取自河南)的功能基因及微生物群落的影响。施肥在三种不同类型的农田土壤中对微生物具有较为一致的影响:鞘氨醇单胞菌属物种相对丰度升高,酸杆菌门Gp4纲物种相对丰度降低;与难降解有机碳分解相关的基因丰度降低,促进土壤有机质增加;与硝化过程、反硝化过程相关的基因丰度升高,表明氮素周转加快。土壤移位与施肥对微生物群落及功能基因均有交互作用,土壤移位对微生物的影响大于施肥的影响,且土壤移位改变了施肥对土壤微生物及土壤碳库的影响。土壤南移后施肥,虽然地上生物量升高27%-108%,但土壤有机质未增加。黑土南移至江西时变化最为明显,参与难降解物质分解的真菌担子菌门增加195%,难降解有机碳分解基因增加23%-40%,表明可能存在激发效应,土壤碳库出现下降趋势,说明气候变暖后施肥可影响土壤碳库稳定。土壤类型影响土壤北移与施肥对功能基因的交互作用:江西红壤北移至黑龙江后施肥,加剧了难降解有机碳分解基因的降低程度,促进土壤碳库增加;而河南潮土北移至黑龙江后施肥,减弱了难降解有机碳分解基因的降低程度,影响土壤碳库稳定。造成这种差异的原因可能是红壤与潮土的土壤p H与营养元素含量不同。综上所述,土壤有机质与土壤微生物群落相关,且与难降解有机碳分解基因丰度负相关,因此可利用碳降解基因评估或预测土壤碳库稳定性。本研究探讨了模拟气候变化与施肥对土壤微生物的影响,及调控土壤碳库变化的微生物周转机制,为土壤碳库模型的改进提供科学依据。