本论文研究以中国科学院海伦农业生态实验站和德惠黑土研究基地2004年建立的“黑土空间移位长期试验”为平台，结合原位样点，对5个有机质含量农田黑土（SOM1.7、SOM3、SOM5、SOM6和SOM11）有机碳矿化和微生物群落及功能进行了研究。采用培养法（培养时期），对原位点5个有机质含量农田黑土土壤有机碳矿化特征及温度敏感性进行了研究。基于海伦黑土空间移位长期试验，采用PLFA方法，研究了土壤有机质含量对土壤微生物群落结构的影响。在此基础上，基于海伦和德惠两地的黑土空间移位试验，进一步采用Illumina测序技术，研究了细菌群落与真菌群落对有机质含量-施肥-气候的响应，并采用酶活性来表征土壤微生物功能。研究结果如下: 1.5个有机质含量黑土中，土壤有机碳矿化量呈现出SOM11＞SOM6＞SOM5＞SOM3＞SOM1.7的趋势，并且随着培养温度的升高，有机碳矿化量呈升高趋势。在培养初期，随着土壤有机质含量升高以及培养温度的升高，土壤有机碳矿化速率逐渐加快，土壤有机碳温度敏感性随有机质含量增加而降低;但在培养后期，5、15、25、35℃培养温度下，土壤有机碳矿化速率趋于一致，土壤有机碳温度敏感性随土壤有机质含量增加而升高。 2.5个有机质含量农田黑土中，土壤磷脂脂肪酸总量为10.56～31.48nmol/g，细菌磷脂脂肪酸含量为6.23～18.40nmol/g，真菌磷脂脂肪酸总量为1.78～4.57nmol/g。土壤有机质含量升高和施肥会显著提高土壤中总微生物量、细菌生物量和真菌生物量，但施肥和有机质含量对真菌/细菌比值无显著影响。非度量多维尺度分析(NMDS)和冗余分析(RDA)分析表明，有机质含量、富里酸含量、全氮含量以及施肥是导致微生物群落结构差异的重要因素。 3.5个有机质含量农田黑土中，优势细菌门均为变形菌门（Proteobacteria）、放线菌门(Actinobacteria)、酸杆菌门（Acidobacteria）和绿弯菌门（Chloroflexi），共占所有序列的80.5％。有机质含量、施肥和气候均一定程度上改变农田黑土中细菌群落组成，但气候条件对农田黑土中细菌群落结构与功能菌群的相对丰度无明显的影响。土壤pH、有机质含量、施肥以及土壤其他性质是导致土壤细菌群落结构变化的重要因素，并且有机质含量与施肥改变了功能菌群的相对丰度。农田黑土细菌多样性、群落结构及功能种群对气候变化具有一定的抵抗力。 4.5个有机质含量农田黑土中，优势真菌门均为子囊菌门（Ascomycota）、担子菌门（Basidiomycota）和接合菌门（Zygomycota），共占所有序列的92.5％。有机质含量、施肥和气候均一定程度上改变了农田黑土中真菌群落组成、多样性及群落结构。有机质含量、气候条件与施肥对土壤功能真菌种群的相对丰度也有重要的影响。 5.5个有机质含量农田黑土中，土壤纤维素酶活性为1.42～3.67mg/(kg·72h)，β-葡糖苷酶活性为47.13～296.16mg/(kg·h)，蔗糖酶活性为22.09～128.52mg/(kg·24h)，。土壤β-葡糖苷酶和蔗糖酶活性均随有机质含量升高而升高，但纤维素酶活性却呈现出随有机质含量升高而下降的趋势;施肥对纤维素酶、β-葡糖苷酶和蔗糖酶活性均有不同程度的促进作用;纤维素酶和β-葡糖苷酶活性，在气候较暖条件下增强，但蔗糖酶活性则表现为相反的趋势;土壤酶活性与特定的土壤微生物种群显著相关。 综上所述，黑土土壤有机碳矿化速率、土壤微生物群落结构及功能均受土壤有机质含量和气候条件的显著影响。研究结果能为东北黑土区耕地保育及粮食安全保障提供支撑。
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