氮、碳元素可并称为生态系统中最为基本的两大生命要素,两者在自然界中的循环过程彼此联系、相互制约。“协调氮素供给,改善土壤肥力”是玉米田土壤氮肥合理运筹的最终目标,其通过改善微生物学特性来参与土壤有机碳的转化,最终构建土壤良好的生化性状,这在当前形势下确具有理论探讨和实践指导的双重涵义。鉴于此,本研究拟采用长期定位施肥、小区动态施肥以及室内培养等三大试验手段来系统探索氮素用量及形态组合对土壤微生物学特性及有机碳组分特征的影响。首先,基于长期定位施肥试验,将所选取的三块玉米田按照基础肥力划分为高、中、低三类,通过五个施氮水平的设置,最终比较各施氮水平下土壤微生物学特性及有机碳组分数量间的差异,结论如下:(1)较高基础肥力有利于微生物量氮(MBN)的保蓄,随施氮水平提升,其含量在各肥力区均有增加,当尿素用量增至312 kg/hm2时,中、低肥力区域的MBN含量有所回落;然而,基础肥力间的差异并未对微生物量碳(MBC)产生规律性的影响。蔗糖酶、脲酶及碱性磷酸酶活性随施氮水平增加而有积极响应。基础肥力间的差异影响过氧化氢酶活性对氮素提升的表达。与不施氮相比,少量氮肥供给对蛋白酶活性有所抑制,而增施氮肥则能改善该酶活性;(2)施氮水平对三种不同基础肥力土壤有机碳(SOC)含量的影响规律不一。低肥力条件,增氮会降低SOC的氧化稳定性,不利于肥力保蓄,而适量施氮有利于较高肥力土壤易氧化有机碳(ROC)的提升;施氮有益于高肥力土壤轻、重组有机碳的矿化损失,使SOC趋于年轻化。为进一步明确同等肥力条件、玉米不同生育期土壤生化指标对施氮数量的动态响应,我们又采取裂区实验手段对相关内容展开研究,结果表明:(1)不施氮有利于肥力保蓄,而氮肥合理运筹更有利于土壤肥力的稳定输出;高量施氮可小幅提升土壤全氮、全钾的含量,而全磷含量在波动中有所损失;(2)施氮有助于脲酶及过氧化氢酶活性的增加,而碱性磷酸酶活性在此过程中遭受不同程度抑制;不施和少量施氮均可促进土壤有机态氮的转化,进而有益于土壤蛋白酶活性的提升;(3)随生育期进行,玉米田土壤MBC先增后减并渐趋稳定,整体看,施氮对MBC保蓄略有促进作用,而MBN先减后增,在不施氮状况下稳定性最佳;(4)适量施氮有益于提升土壤ROC含量及其在TOC中的比例,相反,土壤水溶性有机碳(WSOC)及其所占份额有所降低;(5)0~200 kg/hm2的氮素供应可促进胡敏酸(HA)组分矿化分解,而将氮素用量增至250 kg/hm2后,该组分数量稳中有增;随施氮量增加,富里酸(FA)和胡敏素(Hu)两组分碳含量先增加而后缓慢降低,在此过程,FA组分有所累积,而Hu仅在供氮量为最大(250 kg/hm2)时惰性碳成分才遭受损失。可见,微生物在高氮驱使下更倾向于腐殖化作用;基于有机肥施入,氮素供给能够促进可提取腐殖酸(HE)的形成,150和200 kg/hm2施氮水平下,HE碳含量增加量多由新形成的FA提供,而将氮素用量增至250 kg/hm2后,则其含量累积多由HA提升所致;为阐明氮素用量对土壤生化指标影响的机理及规律,我们又在剔除玉米生产的环境条件下进行了室内纯培养研究。我们以混有秸秆的白浆土作为供试对象,通过氮素用量及不同氮素形态配比的调整来研究混料中有机碳官能团组成的差异、微生物学特性以及有机碳组分数量的动态变化。结果表明:(1)在施氮影响下混料SOC和全氮含量在矿化过程中均遭受损失,尽管其速效养分在培养初期有所提升,但最终均有所消耗;(2)尿素在培养之初即可显著提升脲酶活性,高量施氮效果最佳,随残存尿素含量减少,脲酶活性也渐趋平稳,与此同时,碱性磷酸酶、蔗糖酶和过氧化氢酶活性均经历先增后减的变化规律,而蛋白酶活性呈上升趋势。整体看,适量供氮(200 mg/kg)确有利于上述四种酶活性的改善;(3)增氮有利于缓解MBC的下降幅度,而减量施氮更有利于微生物固氮的效率;(4)0~200 mg/kg范围内增施氮素可使混料WSOC含量降低,而400 mg/kg氮素则可有效缓解WSOC的损失;增氮能够降低ROC的消耗,而适量减氮则更有益于SOC的稳定;(5)仅有适量施氮才可促进HE含量的稳定;混有秸秆土壤的HA组分,在施氮后,其降低趋势加剧;氮素添加有助于混料的腐殖化作用;在无氮和低氮影响下,混料所提取Hu组分的数量渐趋增高,而将氮素用量增至200 mg/kg后,Hu组分才遭致降解损失;(6)少量施氮对混以秸秆土壤中有机碳官能团组成的影响较大。在施氮影响下,尽管混料中芳香C含量的变化难以归结,但醇羟基C–OH确有被氧化进而向羧基C转化的趋势。200 mg/kg的供氮水平有助于混料HA向FA组分的转化。在氮素形态不同配比添加的影响下:(1)无论施以何种形态氮素,混料中SOM及其速效养分含量均随培养进行而渐趋降低;NO3--N占优,其在矿化等量秸秆过程中消耗的全氮含量最大,相反,NH4+-N则更益于稳定混料的全氮水平;(2)铵硝等比例及以NH4+-N为主要形态的氮素添加有利于混料脲酶活性的延长;(3)NH4+-N可有效抑制碱性磷酸酶活性;铵硝等比例添加更有益于混料蔗糖酶活性的稳定以及蛋白酶、过氧化氢酶活性的提升;(4)以NH4+-N为主的氮素添加易使混料MBC含量降低,而铵硝等比例则更益于稳定微生物量,使MBC和MBN的含量水平相对平稳;(5)受施氮影响,混料WSOC的含量随培养进行而渐趋降低,铵硝等比例影响下的降幅更为明显;以NH4+-N为主要供氮形态时,微生物对ROC的消耗程度最大,相反,铵硝等比例施氮更利于其含量水平的稳定;(6)铵硝等比例施氮能够促进微生物降解混料中的Hu组分,而NH4+-N则更利于降低微生物对HE的破坏以及促进HA向FA组分的转化;混料HA组分的矿化分解不受氮素形态影响,在此过程中,其分子复杂程度降低;(7)铵硝等比例施氮更益于混料FA组分的形成,而NO3--N占优的情况下,混料HA组分遭微生物消耗利用的程度较轻。