磷是限制作物生长发育的重要大量元素之一,在保持土壤肥力和提高农业生产系统的可持续性方面发挥着重要作用。但农田土壤中磷素具有有效性低和迁移性差的特点,绝大数的磷以作物不可吸收利用的形式存在,仅有不到1%的磷能够被植物吸收和利用。因此,提高土壤中可利用磷的含量仍是当前和未来农业生产中亟待解决的关键问题。土壤微生物直接参与磷素循环,在土壤无机磷的溶解和有机磷的矿化方面发挥着十分重要的作用。因此,充分挖掘土壤微生物的生物学潜力是提高土壤可利用态磷的一个重要途径。本研究依托于中国科学院长武黄土高原生态农业试验站以冬小麦农田为研究对象,应用Hedley磷分级、高通量测序以及非靶标代谢组学方法研究了不同施磷水平(0、60和120 kg P2O5 ha-1)和施磷方式（条施和撒施）处理土壤微生物以及代谢特征,探讨了土壤生物化学特性与磷有效性、微生物群落结构间的相互作用机制,以期为提高旱作农田土壤磷有效性以及农业绿色可持续发展提供重要的科学依据和数据支撑。主要研究结果如下:（1）基于不同磷肥管理,对冬小麦不同生育期的农田土壤生物化学性质以及成熟期土壤磷组分含量的分析发现,施磷水平及方式不同程度影响土壤速效养分和酶活性,尤其显著提高冬小麦不同生育期的土壤不同土层的有效磷含量,在灌浆期达到最大值。其中,2019年撒施120 kg P2O5 ha-1处理下冬小麦灌浆期0-20 cm土壤有效磷含量达22.87 mg kg-1,与不施磷处理间存在显著差异（P＜0.05）,且0-20 cm土壤有效磷含量在撒施处理高于条施处理。进一步基于磷分级方法对不同磷组分分析发现,施磷水平及方式可以显著改变土壤磷组分水平,其中高磷处理(120 kg P2O5 ha-1)在条施和撒施条件下均显著提高土壤有机磷（Na HCO3-Po、Na OH-Po和HCl C-Po）和无机磷（Na HCO3-Pi、Na OH-Pi和HCl C-Pi）组分含量。（2）通过高通量测序对不同磷肥管理下冬小麦农田土壤微生物多样性、群落结构组成以及微生物的共生网络进行了研究。结果发现,施加磷肥显著改变了土壤细菌和真菌的多样性、群落结构组成及其微生物之间的相互作用,其中撒施磷肥降低了0-20cm土壤微生物群落网络的复杂性,但增强了土壤微生物之间的相互作用;此外,施磷方式显著引起微生物网络中关键物种的变化。进一步通过冗余分析（RDA）和结构方程模型（SEM）发现在施磷条件下驱动微生物群落变化的主要环境因子是全磷和有效磷。更重要的是,通过功能预测发现不同施磷水平及方式显著引起土壤细菌及真菌功能基因相对丰度的变化。（3）利用超高效液相色谱-串联质谱（UHPLC-MS/MS）联用技术研究冬小麦农田土壤代谢特征对不同施磷水平及方式的响应。研究发现,在磷肥管理下土壤中共检测到582种代谢物,通过差异代谢物富集分析筛选出14种重要差异代谢物,是磷肥管理下参与植物生长发育的重要化合物,其中Normorphine、Morphine和Piperine为生物碱及其衍生物,Trigonelline、L-Glutamic acid、L-Isoleucine和N-Acetylornithine为有机酸及其衍生物,6-Hydroxynicotinic acid、Indole-3-acetic acid和Nicotinic acid为有机杂环化合物。这14种土壤差异代谢物在糖酵解、磷酸戊糖途径、氨基酸代谢和磷元素的循环中发挥着重要的作用,进一步对这些差异代谢物分析发现,撒施60 kg P2O5 ha-1处理显著提高Trigonelline、Phosphocreatine、Shikimic acid、L-Glutamic acid和Diosgenin的相对含量。基于Spearson相关性分析发现,土壤优势微生物和代谢物之间具有极显著的相关性,表明这些微生物可能通过一系列代谢途径参与了土壤营养物质吸收转化。因此,通过不同的施磷水平及方式可以改变土壤磷组分、化学性质和酶活性水平,并通过影响土壤微生物以及代谢产物改变磷养分转化过程,提高旱地农田磷有效性及农田生物肥力,该研究可为黄土旱塬小麦农田磷肥科学管理提供科学依据。