土壤微生物驱动着土壤中的物质循环和养分转化，其功能受环境因素（气候、土壤类型）和人为因素（耕作管理）的综合影响，研究农田土壤微生物群落结构对气候变化及农业管理措施的长期响应机制对于维持农业生产力和环境的可持续发展着重要的意义。本研究利用长期土壤移置平台（1988年在暖温带封丘和中亚热带鹰潭设置的红壤和紫色土移置平台）和短期土壤互置试验平台（2005年在冷温带海伦、暖温带封丘和中亚热带鹰潭设置的黑土、潮土和红壤互置平台），综合了传统和最新的微生物生态学分析技术和先进的统计方法，研究:(1)土壤移置20年后气候、土壤和农业管理措施等当代环境因素对土壤原核微生物、真核微生物及4个N转化功能微生物群落结构的影响;(2)潮土移置6年后气候条件的变化对土壤微生物群落结构的影响;(3)种植玉米对于农田生态系统中黑土、潮土和红壤中微生物群落的影响;(4)探索分析了种植玉米对土壤中核心功能微生物群落分子生态网络的影响。主要结果如下:　　土壤粘粒X射线衍射图谱显示移置20年后的土壤中粘粒含量和主要矿物类型基本没有发生变化;然而土壤的化学性质发生了显著的改变，特别是土壤pH，中亚热带的紫色土和红壤呈酸性而暖温带的土壤呈碱性。DGGE图谱显示土壤细菌群落(16S rDNA V3区)主要按地点分类而非土壤类型，同一处理间3个重复样品之间群落差异较小。454高通量测序的结果同样显示土壤移置20年后微生物群落发生了显著的变化，原核微生物(16S rDNA)和真核微生物(18S rDNA)群落结构按照均按地点聚类;中亚热带原核微生物的优势类群为芽孢杆菌属（Bacillus），暖温带为鞘氨醇单胞菌属（Sphingomonas）和类诺卡氏菌属（Nocardioides）;真核微生物中毛壳属（Chaetomium）在所有的样品中含量均较高;但真核或原核微生物均存在大量的在某地有较高的丰度而在另一地点中极少或未发现的类群，如嗜酸栖热菌属（Acidothermus）在中亚热带的红壤和紫色土中有较高的分布比例，但在暖温带移置土壤中并没有检测到该属。　　构建了长期土壤移置土壤样品中古菌amoA、细菌amoA、nifH和nirK基因的克隆文库并进行了RFLP分析。结果显示，土壤移置20年显著改变了土壤中4种功能微生物群落的多样性和群落结构;氨氧化古菌(AOA)、氨氧化细菌(AOB)和反硝化细菌在相同的地理位置有更高的群落相似性，且暖温带下红壤和紫色土群落的相似性要高于中亚热带条件下两种土壤的相似性;不同土壤样品中固氮菌的群落相似性均较高，且优势OTUs相同。序列分析发现暖温带土壤样品中的AOA序列大多与54d9聚集在一起，而中亚热带土壤与CAT-95和AOA-R22有较高的相似性;多数暖温带土壤中的AOB归属于Nitrosospira cluster3，而中亚热带大多数归属于Nitrosospira cluster10和cluster12;慢生根瘤菌（Bradyrhizobium）为中亚热带土壤反硝化细菌的主要类群，而中生根瘤菌（Mesorhizobium）和根瘤菌属(Rhizobium)为暖温带土壤主要类群;绝大多数固氮菌归属于变形菌纲的β-Proteobacteria和δ-Proteobacteria，少量固氮菌归为绿菌（Chlorobia）和梭菌（Clostridia）。微生物群落和环境因子典范对应分析(CCA)表明气候（如年均温、年均降雨量及土壤含水量）和土壤性质（pH、总磷等）显著影响土壤微生物群落结构。长期土壤移置平台中土壤原核微生物、真核微生物及N转化功能微生物群落的分布综合证明，伴随微生物群落的历史因素可以在20年的时间内被当代的环境扰动所擦除，因此我们认为在农田生态系统中驱动土壤微生物分布的主要是当代环境因子而并非历史因素。　　结合短期土壤互置试验平台和磷脂脂肪酸(PLFA)方法分析潮土在三种不同气候带下第6年土壤活性微生物的群落特征。结果表明，气候条件的变化显著影响了土壤理化性质，土壤有机质含量表现为冷温带最高而中亚热带最低;土壤中微生物总PLFAs、革兰氏阳性细菌(G+)、革兰氏阴性细菌(G-)、细菌和放线菌PLFAs含量在施肥和不施肥处理中均表现为冷温带＞暖温带＞中亚热带，真菌/细菌比值在冷温带最低;PLFA图谱的主成分分析(PCA)显示气候条件的变化显著影响了土壤微生物群落结构，冷温带和暖温带样品位于PC1正轴，而中亚热带样品位于负轴，特征PLFA18∶1ω7c、16∶1ω5c、16∶0、18∶0和18∶2ω6，9c受气候影响较大;逐步回归分析显示温度、降雨和有机质是影响微生物群落的主要影响因子。因此气候条件的变化在短期内改变了土壤微生物的群落结构，可以影响农田生态系统的生物地球化学循环。　　利用功能基因阵列GeoChip3.0和传统的DGGE技术研究了种植玉米对三种典型农田土壤（海伦黑土、封丘潮土和鹰潭红壤）中功能微生物群落的影响。GeoChip结果表明，种植显著(P＜0.05)增加了不同土壤中检测的功能基因数量和多样性，DGGE图谱同样表明种植显著(P＜0.05)增加了不同土壤中细菌条带数和多样性。去趋势对应分析(DCA)显示土壤功能微生物群落首先按照种植与否聚类，其次再按土壤类型聚类;非参数多变量方差分析adonis检验结果也显示种植和裸地处理中的土壤功能微生物群落存在着差异。多元回归树（MRT）分析表明种植解释了的83.5％的功能群落α多样性变异，而代表气候和土壤的地理位置仅解释了12.8％。玉米种植和土壤理化性质对于土壤功能微生物群落有着重要的影响，环境因子中的化学变量解释了群落变异的27.1％，土壤物理变量解释了10.4％;而只含有2个因子的作物变量解释量高达21.2％。随后我们研究了2232个受种植诱导的而不受土壤和气候条件影响的核心基因的分布，发现这些基因调控着C、N、P、S等循环等不同的生物地化过程，很多的基因来源于与植物密切相关的共生菌和植物致病菌。　　利用GeoChip3.0功能基因数据和基于随机矩阵方法的网络构建理论，研究了种植作物对土壤功能基因网络结构的影响。研究表明基于随机矩阵方法可以构建土壤微生物分子生态网络，构建的网络表现出了无标度、小世界、模块化以及层次性等基本网络特征。种植玉米显著改变了土壤核心功能基因及氮转化基因网络结构，增加了网络的复杂性，其它网络参数也发生了改变。同时，种植也改变了两个功能分子生态网络中的关键基因。种植通过影响植物、气候、土壤等因素直接和间接地影响到土壤氮转化功能基因网络结构。