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碳氮循环在农田生态系统营养物质循环中扮演着关键角色,同时碳氮循环也是地球化学循环的重要组成部分。土壤有机碳和土壤有机氮对作物生长发育及维持良好的土壤生态环境具有重要作用,然而土壤有机碳组分含量和有机氮组分含量易受到土壤类型、耕作管理模式和施肥方式等多种因素的影响,以及影响碳氮循环相关酶活性和相关基因丰度的微生物学机制尚不清楚。因此,本研究依托长期定位试验,以重庆地区典型的紫色土土壤为研究对象,对比研究了水稻-小麦轮作（RW）、小麦-玉米轮作（WM）和水稻-冬闲田轮作（RF）下优化施肥处理（OP）、高投入传统施肥处理（HP）、不施氮肥处理（CN）及不施磷肥处理（CP）对土壤有机碳和有机氮组分含量、碳氮循环关键酶活性及功能基因丰度的影响,旨在揭示不同轮作与施肥方式下土壤的碳氮循环过程及固碳机制,以期为我国西南地区化肥减量施用与耕地质量提升提供理论与实践依据。取得的主要结果如下:（1）RW、RF和WM轮作模式下不同施肥处理的土壤有机碳（SOC）含量不同,在三种轮作模式下不施磷肥施肥较其他施肥处理有着较高的土壤有机碳含量,其中以RF轮作配合不施磷肥施肥最高,其含量为17.2 g/kg,较RW轮作、WM轮作配合不施磷肥施肥处理的土壤有机碳含量分别提高了1.4 g/kg和2.5 g/kg。同时不同轮作与施肥方式下土壤大团聚体各组分分布比例均以微团聚体（MOM）的比例最高、其次是未受保护的粗颗粒有机碳（c POC）比例、游离的粉黏粒有机碳（s+c＿f）比例较低,但三种轮作模式下各施肥处理对土壤大团聚体各组分分布比例无明显影响。以及三种轮作模式各处理间的土壤大团聚体中各组分有机碳含量均表现为未受保护的粗颗粒有机碳（c POC）>受化学或生物化学保护的矿质结合态有机碳（MOC）>受物理保护的大团聚体中微团聚体内颗粒有机碳（i POC）,同一轮作模式下不同施肥处理对土壤有机碳组分含量变化无明显影响,但与RW和WM轮作相比,RF轮作使c POC含量分别提高了13.7%～31.1%和12.9%～36.8%,MOC含量分别提高了13.9%～22.8%和27.9%～50.7%。总之,与水稻-小麦轮作（RW）和小麦-玉米轮作（WM）相比,水稻-冬闲田轮作（RF）模式有利于土壤有机碳含量的累积和提高各组分的分布比例。（2）不同轮作与施肥方式的土壤全氮（TN）含量不同,以RF轮作各处理的土壤全氮含量最高,达1274.2～1419.6 mg/kg。土壤全氮变化主要受土壤酸解态氮含量变化的影响,三种轮作模式各处理间土壤酸解态氮含量无明显差异。但酸解态氮各组分含量变化却不相同,整体上看不同轮作与施肥方式下酸解态氮各组分含量排序为氨态氮>未知态氮>氨基酸态氮>氨基糖态氮,有机氮含量占全氮比例排序为非酸解态氮>氨态氮>未知态氮>氨基酸态氮>氨基糖态氮,其中WM轮作模式下可供作物直接吸收利用的氨态氮含量最高。以及相关性分析可知,不同轮作与施肥方式的土壤有机碳、有机碳组分、全氮及有机氮组分存在一定的相关关系。在RF轮作和RW轮作中,土壤TN均与i POC呈显著正相关,相关系数分别为0.586和0.681。在WM轮作中,土壤全氮与c POC、MOC呈显著正相关,相关系数分别为0.618、0.813。由此说明i POC、c POC和MOC含量在一定程度上可表征土壤氮素含量,土壤碳、氮具有较好的耦合关系。（3）WM轮作各处理的土壤α-葡萄糖苷酶（S-α-GC）活性均高于RF轮作和RW轮作,RW轮作配合优化施肥显著提高了土壤β-木糖苷酶（S-β-XYS）活性和土壤β-葡萄糖苷酶（S-β-GC）活性,而土壤N-乙酰-β-D-葡萄糖苷酶（S-NAG）活性和纤维二糖水解酶（S-C1）活性在三种轮作模式中无显著差异。RW轮作各处理的土壤亮氨酸氨基肽酶（S-LAP）活性均高于RF轮作和WM轮作,而土壤脲酶（S-UE）活性在RF轮作不施磷肥施肥处理中最高、在WM轮作高投入传统处理中最低。通径分析显示,不同轮作模式下土壤碳氮循环关键酶活性的主要影响因子存在较大差异:RF轮作中S-α-GC活性主要受c POC影响,S-β-GC活性主要受i POC、c POC影响,S-NAG活性主要受SOC、氨基糖态氮影响,S-UE活性主要受氨基糖态氮影响;RW轮作中S-NAG活性主要受氨基糖态氮影响;WM轮作中S-α-GC活性主要受非酸解态氮、氨基糖态氮影响,S-β-GC活性主要受i POC影响,S-UE活性主要受c POC影响,S-LAP活性主要受铵态氮影响。（4）与RF轮作相比,RW轮作各处理的土壤nif H、ure C、gdh A基因拷贝数较高,nar G、nos Z基因拷贝数较低,说明RW轮作促进了土壤固氮作用和氨化过程,抑制了土壤反硝化过程。RW轮作各处理的土壤碳降解过程中半纤维素降解abf A、man A、xyl A基因拷贝数和土壤碳固定acc A、acs A、mct、rbc L、smt A、acs E基因拷贝数均高于RF轮作模式,说明RW轮作在一定程度上促进了土壤碳分解与碳固定过程。碳氮循环功能基因的相关性分析显示,土壤氮固定基因、反硝化基因、氨化基因与碳分解基因、碳固定基因呈显著正相关关系（P<0.05）,说明土壤碳循环与氮循环在不同程度上相互促进,两者具有较好的耦合关系。