土地整治对提升农田质量、减少耕地破碎化、提高农田粮食生产能力至关重要。为满足日益增长地粮食安全和“占水田补水田”的精细化管理要求,旱地改水田的土地整治已在全国广泛地开展。然而,旱地向水田的转换必定影响长期旱作农田土壤生态环境的稳定性,大规模实施旱改水势必改变局部仍至大区域农田土壤环境,影响土壤的物理性状、化学性质和生态过程。因此,有必要系统地研究旱改水整治过程农田土壤环境变化这一科学问题,为推动土地整治向全域整治、生态型整治发展提供新的技术和管理策略,为改善区域生态环境和耕地可持续利用提供参考。本研究采用盆栽试验,利用田间监测、室内化验及高通量测序技术,测定旱地与水田土壤环境参数及细菌和真菌群落生物信息,分析土壤微生物群落组成变化、菌群之间的互作网络及驱动机制,厘清碳氮循环功能菌群的变化规律及与环境因子之间的相互作用,探索旱改水整治后农田土壤碳库的变化规律及驱动因子。取得的主要研究结论如下:(1)旱改水后农田土壤理化性状指标发生明显变化,土壤微生物群落结构及其网络互作趋于简单。(1)旱改水整治短期内表层土壤pH、有机质、速效磷、硝态氮和氨态氮含量均略有下降,电导率则相反,速效钾变化不显著。(2)旱改水第一个生长季内土壤微生物细菌、真菌丰富度及多样性均有所下降,放线菌门(Actinobacteria)、厚壁菌门(Firmicutes)、油壶菌门(Olpidiomycota)丰富度变异较大,表明土壤微生物群落为适应旱改水环境作了相应的变化。(3)旱改水后土壤细菌、真菌群落互作网络模块化结构、种间关系更简单,网络结构的不稳定性增加。细菌分子生态网络以合作关系占优,真菌的分子生态网络则以竞争关系为主。(4)土壤环境因子的变化,如pH、电导率、有机质、速效钾,与土壤微生物群落结构变化有着密切联系,存在着显著相关关系,土壤环境因子成为制约微生物发展关键因素。(2)旱改水后与农田土壤碳氮循环相关的cbbL固碳细菌、pmoA甲烷氧化细菌群落结构及多样性发生了明显的变化。(1)旱改水整治后amoA、amoB土壤氨氧化微生物OTU数目数略有降低,cbbL固碳细菌、pmoA甲烷氧化细菌OTU数目指数显著升高。(2)旱改水整治后土壤amoA、amoB氨氧化微生物Alpha多样性指数略有降低,土壤cbbL固碳细菌、pmoA甲烷氧化细菌Alpha多样性指数显著升高。(3)短期内旱改水土壤amoA、amoB氨氧化微生物组成无显著变化,但旱改水整治对cbbL固碳细菌、pmoA甲烷氧化细菌菌属的相对丰度占比和排名存在明显的差异,且两者的优势属大多均属于变形菌门(Proteobacteria)。(4)土壤碳氮循环功能微生物群落多样性、群落组成结构与环境因子显著相关,旱改水引起的pH、EC、硝态氮和有机质改变是驱动土壤碳氮循环功能菌群结构改变的主要因子。(3)旱改水整治后,土壤碳通量、有机碳含量及其碳库管理指数发生了明显的变化。(1)旱地和水田碳土壤通量、温度均表现为昼高夜低的单峰型曲线,水田碳通量均值大于旱地。土壤碳通量和温度最大值出均现在13:00前后,旱地和水田土壤碳通量的日变幅分别为21.84%、15.02%。(2)旱改水整治后农田土壤可溶性有机碳、微生物量碳、易氧化有机碳、惰性有机碳、总有机碳和土壤碳库管理指数均呈减少趋势,土壤微生物量碳、易氧化有机碳平均降幅分别达28.55%、29.09%。(3)土壤温度和含水量是控制土壤碳通量速率的重要环境因子。土壤碳库各指标与微生物OTU数、pH、电导率、有机质、硝态氮、氨态氮等一系列土壤性状指标呈显著相关性,土壤环境因子成为制约土壤碳库关键因素。(4)大面积的旱改水整治可能造成区域土壤碳氮循环的失衡,可能会在生态上产生潜在风险,大规模的水田扩张,可能造成农田碳排放压力增大。未来可引入新型土壤微生物分子生态网络监测体系,土壤碳通量实时监测体系等,强化生态管控,推动土地整治由数量、产能为主整治向生态型整治转变,以期实现耕地可持续发展、减缓全球变化。该论文有图56幅,表11个,参考文献175篇。