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有机肥替代部分化肥是保障国家粮食安全、生态环境安全和资源高效利用的重要措施。本论文以始于1984年的江西双季稻连作体系氮素有机替代长期定位试验为基础,采用荧光微型板酶检测技术、磷脂脂肪酸分析技术、15N同位素示踪技术、定量PCR、高通量测序技术和共现网络分析等方法,研究等氮磷钾养分投入量下,长期氮素有机替代对江西双季稻产量、土壤胞外酶活性、磷脂脂肪酸组成、氨氧化微生物以及固氮微生物群落结构的影响,阐明长期氮素有机替代下稻田氮素微生物转化特征,为稻田养分资源高效利用和农业绿色发展提供科学依据。论文主要进展如下:（1）长期氮素有机替代下水稻产量和土壤养分的变化特征。与化肥NPK配施相比,用30%、50%和70%有机氮替代化肥氮,早稻产量分别增加6.4%、4.5%和8.3%;相应地,晚稻产量分别增加8.0%、6.7%和9.6%。早、晚稻产量随有机氮替代比例的提高呈增加趋势。早、晚稻季,提高氮素有机替代比例能够显著（p≤0.05）提高土壤全碳、全氮、铵态氮、速效磷含量和pH值,但土壤C/N呈下降趋势。（2）长期氮素有机替代下土壤胞外酶活性的变化特征。施肥、季节以及它们之间的交互作用显著影响土壤胞外酶活性。与化肥NPK配施相比,早稻季30%-70%有机氮替代化肥氮,提高β-纤维二糖苷酶活性39.4%-251.0%、β-木糖苷酶活性25.2%-48.8%、β-葡萄糖苷酶活性55.1%-83.1%、α-葡萄糖苷酶活性44.5%-111.7%、乙酰氨基葡萄糖苷酶活性109.6%-175.1%、亮氨酸氨基肽酶活性58.4%-139.9%和脲酶活性17.6%-56.4%;相应地,晚稻季30%-70%有机氮替代化肥氮,提高β-纤维二糖苷酶活性137.9%-723.1%、β-木糖苷酶活性56.9%-140.1%、β-葡萄糖苷酶活性82.7%-155.5%、α-葡萄糖苷酶活性1.51%-32.4%、乙酰氨基葡萄糖苷酶活性54.4%-75.7%、亮氨酸氨基肽酶活性49.0%-178.5%和脲酶活性19.6%-47.3%。且土壤胞外酶活性随有机氮替代比例的提高而增加。冗余分析发现,早稻季,全碳和铵态氮是显著影响胞外酶活性的主要因子;而晚稻季则为铵态氮、硝态氮、速效磷和pH。（3）长期氮素有机替代下土壤微生物量和群落结构变化特征。早稻季30%-70%有机氮替代化肥氮,微生物量碳是化肥NPK配施处理的1.53-1.79倍,微生物量氮是1.21-2.45倍;相应地,晚稻季微生物量碳是化肥NPK配施处理的1.38-1.99倍,微生物量氮是1.19-1.48倍。施肥和季节间的交互作用,对微生物群落结构的影响要大于他们各自的单独效应。与化肥NPK配施相比,早稻季30%-70%有机氮替代化肥氮,提高总磷脂脂肪酸含量59.0%-83.4%;相应地,晚稻季为70.1%-88.5%,但降低了真菌丰度、G+/G-和真菌/细菌比值。另外,施肥处理显著降低了放线菌丰度,而细菌丰度在各施肥处理间无显著差异。冗余分析发现,早稻季,速效磷和pH是显著影响微生物群落的主要因子,而晚稻季则为铵态氮、pH和总氮。早、晚稻季,有机替代处理下,16:1ω5c（甲烷氧化菌）,16:1ω7c（氨氧化细菌）和18:1ω7c（假单胞菌）这3种生物标记丰度显著高于化肥NPK配施处理,说明上述3种生物标记在氮素有机替代施肥制度中发挥着重要作用。（4）长期氮素有机替代下土壤氨氧化微生物分异特征。施肥、季节及它们之间的交互作用,均显著影响土壤硝化潜势、氨氧化古菌和细菌的丰度及群落结构。晚稻季氨氧化古菌丰度高于早稻季,而氨氧化细菌则相反。土壤硝化潜势、氨氧化古菌和细菌丰度随有机氮替代比例的提高而增加,但氨氧化古菌和细菌比呈下降趋势。氨氧化细菌丰度与土壤硝化潜势显著（p≤0.01）正相关,且其对土壤硝化潜势的影响要高于氨氧化古菌,说明长期氮素有机替代下,氨氧化细菌主导着稻田氨氧化过程。高通量测序结果显示,Nitrososphaera和Nitrosotalea是稻田氨氧化古菌的优势类群;而亚硝化螺菌属（Nitrosospira）和亚硝化单胞菌属（Nitrosomonas）是稻田氨氧化细菌的优势属。pH和TN/AP是显著影响氨氧化微生物群落结构的主要因子。（5）长期氮素有机替代下土壤非共生固氮微生物分异特征。施肥、季节及它们之间的交互作用,均显著影响土壤固氮潜势、固氮微生物丰度和群落结构。且季节效应对固氮微生物群落结构的影响要高于施肥效应。随氮素有机替代比例的提高,固氮微生物丰度显著下降,但对固氮潜势没有显著影响。冗余分析表明,早稻季pH和Fe2+/Mo是影响固氮微生物群落结构的主要因子;而晚稻季则为铵态氮和TN/AP。高通量测序及共现网络分析显示,慢生根瘤菌属（Bradyrhizobium）和地杆菌属（Geobacter）是稻田中的优势属,且主导着非共生固氮微生物间的相互作用关系。另外,非共生固氮微生物间的“合作”关系大于“竞争”关系。相比于共现网络模式或核心物种模式,土壤C/N和Fe2+/Mo模型能够更好的用来预测固氮潜势。综上所述,等养分量投入条件下,相对于化肥氮磷钾配施而言,有机氮替代部分化肥氮,能够提高水稻产量,减施氮肥用量,改变稻田氮素循环,改善土壤生物化学性质。