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光合碳和氮素是“植物-土壤，微生物”系统养分循环的重要组成部分，同作物产量、土壤肥力和大气环境质量等息息相关。根际作为物质交换和能量流动的重要场所，与土壤微生物的活动紧密相连。稻田土壤在持续淹水条件下，其土壤肥力和生产力可持续性与旱地土壤相比具有显著差异。为了深入了解稻田土壤和旱地土壤根际碳氮养分的转化及微生物特征的差异，我们采集常熟长期稻麦轮作土壤作为供试土壤，利用13C-CO2连续标记箱分别对水稻（水作）和小麦（旱作）进行光合碳的标记实验，利用根箱分离和采集二者分蘖期根际和非根际土壤样品。利用13C标记技术示踪有机碳组分含量，分析植物光合碳的转化和运移特征;通过15N标记技术研究水稻小麦植株氮素来源，氮肥利用效率和土壤中氮素的转化特征。通过高通量测序、定量PCR、微生物生物量碳等分析土壤细菌群落特征与活性。本研究从光合碳和氮素的在“植物-土壤-微生物”系统内的分配与运移的角度比较植稻土壤和植麦土壤之间的差异，并探讨可能的微生物学机制，为维持土壤肥力、提高土壤生产力可持续性及作物氮肥利用率提供依据。主要研究结果如下: 区分水稻、小麦根际和非根际的盆栽实验表明:水稻和小麦根际和非根际土壤的养分含量、微生物活性及细菌群落多样性，以及主要细菌种类均具有显著性差异。根际土壤可溶性有机碳(DOC)、微生物生物量碳(MBC)含量和脱氢酶活性均高于非根际土壤;而根际土壤可溶性有机氮(DON)含量及细菌alpha多样性均低于非根际土壤;小麦根际和非根际细菌群落结构之间的差异显著大于水稻;与旱作土壤相比，水稻根际效应较低，根际土壤与非根际土壤的差异较小，体现出水稻的根际作用范围较广。 13C-CO2标记结合分层根箱体系的进一步盆栽实验结果表明:水稻根际土壤有机碳(SOC)、DOC和MBC的13C丰度显著低于小麦，但是在非根际土壤中的丰度却显著高于小麦。13C标记量相同的情况下水稻和小麦的总光合碳同化量基本一致，但是水稻土中71.4％的光合碳被运移到非根际，然而小麦83.5％的光合碳滞留在根际区域。种植水稻土壤的活性碳含量以及细菌群落结构在根际水平距离梯度内是逐渐过渡的，而种植小麦土壤在根际层具有明显的突变。相比于旱作土壤，水稻土将更多的根际碳转运到非根际，产生相对更大的根际范围。 13C-CO2和15N-尿素联合标记试验结果表明:与施氮肥处理相比，不施氮肥处理下种植小麦土壤的减产率显著高于水稻。在氮肥施用量相同的情况下，小麦植株氮来源于肥料(46.6％)的比例显著高于水稻(13.3％)，说明小麦对于肥料氮素的依赖性高于水稻。施氮肥处理下种植小麦土壤DON大部分累积在非根际土壤，而种植水稻的土壤由于根际光合碳的输入，拓展了有效性碳素在土壤中的分布，对非根际土壤中的氮素进行活化并提高其利用效率。 综上所述，我们认为水稻、小麦根际光合碳和氮素的分布与转运在微生物的作用下相互影响，并受到植物种类和水分的影响，在根际水平距离梯度内呈现出两种不同的模式。与旱地土壤相比，在土壤的水分作用下水稻能够转运较多的光合碳至非根际，扩大了活性碳素的分布以及根际的影响范围，对非根际土壤的氮素进行活化与利用。此机制在农田生态系统中的合理利用，将有利于维持和提高旱地土壤肥力和生产力的可持续性以及减肥增效措施的实现。