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日益增长的粮食需求迫使肥料投入持续增加，至本世纪中期，氮(N)、磷(P)肥料用量将增至2000年的1.5倍。由于对生态系统的潜在危害，化肥的施用已受到限制，其用量的增长逐年放缓。相比之下，有机肥可提升土壤肥力，改善土壤微生物健康状况，施用量快速增加，逐渐成为主导。肥料投入的无节制增长导致过剩，引发了土壤养分累积和配比失衡，影响了生物个体的生理代谢和群落的组成结构，其中土壤微生物在养分循环等方面发挥重要作用，其生长水平和多样性的改变将影响土壤生态系统的原有功能。此前研究已发现，化肥大量施用引发的土壤N累积会抑制微生物生长并降低其多样性水平，有机肥大量施用同样将造成养分累积和失衡，但相比化肥，其生态效应远未引起重视。已有研究显示有机肥对微生物的作用取决于用量，两者并非简单直线关系，施用量增加后可能对微生物造成危害，其响应与土壤养分状态相关。因此，当前背景下，明确有机肥大量施用下土壤养分的变化规律及对微生物多样性的影响将促进合理施肥，并有助于深入认识养分累积和失衡的生态效应。为达到以上目标，本研究以规模养猪场粪污为对象，结合盆栽试验与调查采样，明确了粪肥和有机污水大量施用对土壤养分及微生物多样性的影响。盆栽试验采用双季稻模式，选用两种肥力土壤，布置了0-44.8 Mg ha-1共8个粪肥施用量梯度，试验于2013年早稻季开始，持续两年四季，每季均施肥并在水稻收获后采集土样。同时选择三个代表性的规模猪场，采集猪场周边受污水淹灌土壤，研究其理化和生物学性状变化。测定项目包括土壤有机碳(C)，全量及有效养分含量，以及微生物生物量C(MBC)、代谢熵(qCO2)、功能多样性和群落组成，并利用测序方法深入研究了第二、四水稻季土壤细菌群落组成的响应规律。 结果表明，粪污大量施用显著提升了土壤有机C和养分含量。对于粪肥，土壤养分指标相比对照的提升比率随施用量和施用次数的增加而提高，低肥力土壤中的响应更强烈。各指标中P的累积最明显，综合四次施肥结果，高、低肥力土壤的平均全P(TP)含量变化范围分别为0.58-1.569 kg-1和0.34-1.239 kg-1，有效P(AP)的提升比率更高，高、低肥力土壤中的平均变化范围分别为40.6-148.7 mg kg-1和15.5-154.5 mg kg-1，最高增至对照的6和18倍，分别达249.6和269.2 mg kg-1。土壤P的显著增加改变了相关计量比，其中高、低肥力土壤全量C∶P比可降至对照的40％，最低数值分别为36.3和27.2。全量N∶P比的下降比率相似，最低数值分别为3.1和2.3。污水淹灌下，P同样是最敏感的养分因子，TP和AP含量平均提升至对照的2和6倍。 粪肥施用促进了土壤微生物生长，但当超过一定用量后，促进作用显著减弱。对于高肥力土壤，在0-22.4 Mg ha-1用量范围内，MBC的增长随施用量的增加而减缓，在22.4 Mg ha-1施用量下达到稳定，超出对照33％，其后不再随施用量的继续提升而变化，最高含量为1171.8 mg kg-1。低肥力土壤中MBC的增长同样随施用量的增加而减缓，但高施用量下仍保持增长趋势，最高含量为479.4 mgkg-1。MBC增长的减缓伴随了qCO2的显著提升，第四水稻季，高、低肥力土壤的qCO2在22.4-44.8 Mg ha-1用量下分别升高8.47和6.97个单位。污水淹灌同样促进了微生物生长，淹灌土壤的MBC含量较对照增长109.0-189.9 mg kg-1，与粪肥不同，qCO2显著降低，降幅达3.53-10.4个单位。 粪肥施用提升了土壤微生物的功能多样性，但高施用量下，此作用同样显著减弱。微生物C源利用丰富度、Shannon和Simpson指数均在11.2 Mg ha-1用量下趋于稳定，均匀度指数不受有机肥施用影响，各处理中均接近1。综合四次施肥结果，高肥力土壤中，丰富度、Shannon和Simpson指数均值分别稳定于23、3.10和0.95，各超出对照50％、11％和2％。低肥力土壤中，指数均值分别稳定于20、3.00和0.94，各超出对照37％、9％和2％。此时的微生物生理特性发生变化，利用碳水化合物的能力增强。 粪肥和污水施用改变了土壤微生物群落组成。前者对土壤真菌有显著促进作用，其相对丰度与施用量呈正相关，高肥力土壤中平均由2.36％增至4.18％，低肥力土壤中平均由3.15％增至5.81％。这也导致了真菌相对细菌比例(F∶B)的显著提升，高、低肥力土壤中的平均变化范围分别为0.03-0.05和0.04-0.07。与之相反，放线菌比例与施用量呈负相关，高肥力土壤中平均由15.7％降至12.9％，低肥力土壤中平均由15.3％降至10.9％。相比之下，污水淹灌对真菌和放线菌的作用有限。然而污水与粪肥施用均降低了革兰氏阳性细菌与阴性细菌之比(G+∶G-)，污水的作用更强，G+∶G-比平均降低1.65，粪肥的作用仅出现于高施用量下，高、低肥力土壤中分别平均降低0.11和0.44。以上响应导致粪污大量施用下的土壤微生物群落组成发生显著变化，低肥力土壤中的群落分异随施用次数的增加而加强。 粪肥的大量施用降低了土壤细菌多样性，最高施用量下，两水稻季高肥力土壤的细菌ACE、Chao1、Shannon和Pielou指数分别较对照降低13.9％-24.3％、20.9％-28.5％、11.2％-17.5％和6.45％-14.0％，低肥力土壤中分别降低18.1％-32.9％、19.7％-33.5％、9.03％-9.65％和4.07％-6.76％。该响应伴随了细菌群落组成的改变，大量施肥下，厚壁菌和拟杆菌占比上升，酸杆菌和放线菌等比例下降，并诱发Candidatus Saccharibacteria门类的大幅增长，成为大量粪肥施用下的指示物种。 大量粪污施用下土壤微生物的变化与养分累积及失衡密切相关。统计分析显示，土壤N和有机C共解释了猪粪施用下MBC变异的92.9％，微生物功能多样性指数变异的26.1％-31.3％，有机C和AP解释了污水淹灌下MBC变异的47.8％，贡献率均超过其他因子。可见，土壤有机C和N、P含量的增加促进了MBC和功能多样性的提升，但高N环境可能对微生物生长造成压力，导致了两者增长的放缓。相比之下，土壤P累积及供给失衡诱发了微生物群落组成及细菌多样性的改变，当土壤P供给超过一定水平后将引发群落组成分异，降低土壤微生物多样性。 综上所述，适度的有机肥施用可有效改善土壤肥力，促进土壤微生物的生长，但有机肥过量投入将导致土壤养分，特别是P的过剩和配比失衡。这将引发微生物的非线性响应，包括N累积时微生物生长的停滞，以及P累积时微生物群落的分异及多样性的锐减，从而危及土壤生态系统原有功能。因此，在有机肥用量日益提升的趋势下，应综合考虑有机肥及土壤本身的养分水平，重点以P为参照，严控用量并避免连续施用，在充分发挥有机肥积极作用的同时减小环境与生态风险。