氮是植物生长所需的大量营养元素,是土壤生产力的主要限制性因素。作物生长所需的氮素主要依赖于氮肥的施入,而化肥的大量施入会引发一系列的环境问题,也会影响土壤生态系统的功能和稳定性。微生物是土壤生态系统的核心组成,广泛参与元素的生物地球化学循环;氨氧化微生物和固氮微生物在氮素循环中具有重要的作用。研究土壤中氮转化相关微生物在不同时期对施肥的响应特征和响应机理,对于认识和预测施肥或环境对微生物功能的影响具有重要科学意义,也可为制订有效氮素管理措施和发展调控方法提供科学依据。本研究采用分子生物学方法,如聚合酶链式反应（PCR）、实时荧光定量PCR、末端限制性片段多态性分析（T-RFLP）、克隆测序技术以及高通量测序（Illumina miseq）,系统深入地揭示了三种典型旱地土壤中施肥后不同时期微生物群落结构、多样性和功能的变化,并在此基础上探讨了土壤功能微生物群落对环境胁迫的响应机制。论文的主要研究内容与成果如下:1.连续两年分别从吉林公主岭（黑土）、河南许昌（潮土）和湖南桃源（红壤）采集施肥后玉米不同生长期的土壤样品。全面研究了三种土壤中不同时期不同施肥对土壤理化性质、氨氧化微生物丰度、群落结构及其功能的影响。结果表明:（1）土壤类型是影响这些指标的主要因素,其次为取样年度、取样时期、施肥等。（2）秸秆对于有效氮的流失有滞留作用,且黑土对有效氮的保持能力最高。（3）施肥能够促进AOB（氨氧化细菌）的生长,AOB基因丰度与NO₃^--N呈显著正相关。（4）NH₄⁺-N、含水量和DOC是显著影响AOA（氨氧化古菌）群落的主要因素。（5）施肥并未改变AOA、AOB优势种群,但仍引起了一些种群的丰度改变。2.用高通量测序方法研究了三种土壤中固氮微生物群落结构、多样性和功能变化特征。三种土壤之间固氮酶活、固氮微生物丰度和群落结构差异较大,且变化规律不一致。（1）固氮酶活在黑土、潮土的同一时期各处理大致为CK（未施肥）>N（添加尿素）、NS（添加尿素和秸秆）,说明施肥抑制固氮酶活;红壤2015年各时期为NS>CK>N,说明秸秆能够抑制N引起的抑制作用。（2）N处理降低固氮基因丰度,NS通过增加有效态碳从而提高固氮基因丰度。（3）三种土壤中固氮微生物群落结构差异明显,黑土和潮土更为相近,且这两种类型的土壤各自2015年和2016年的群落可以分开。影响黑土和潮土固氮微生物群落结构的主要因素是NH₄⁺-N和NO₃^--N,影响红壤固氮微生物群落结构的主要因素H2O、DOC和NH₄⁺-N。3.微生物群落在施肥条件下通过改变群落结构来适应环境的变化,优势种群并没有变化,而是通过调整各个种群的相对比例来适应变化。4.两年的施肥处理改变了氨氧化和固氮微生物的群落结构,但对氨氧化基因和固氮基因丰度的影响较小。微生物的功能并不一定随微生物群落结构的改变而改变,最可能的原因就是微生物群落存在较高程度的功能冗余,即不同的微生物类群可能执行相同的功能。综上所述,本论文通过综合运用各种分子生态学研究手段,揭示了土壤氨氧化微生物和固氮微生物群落对不同施肥和时期的响应特征,其分布特征受空间和环境因素的共同制约,呈现较明显的微生物地理分布格局。本研究的开展有助于认识土壤氮转化相关微生物群落组成及其变化与环境和空间变量的关系,为因地施肥提供科学依据。