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探索农田生态系统微生物多样性与氮素循环之间的关系,是重新评价农田土壤质量与功能的新切入点。石灰性紫色水稻土是四川乃至全国的一种重要农业土壤,为保护该类土壤,四川省于上世纪80年代在四川遂宁船山区建立了“NPK长期定位施肥”试验点。依托该平台,本论文基于石灰性紫色水稻土土壤剖面发育特征进行分层次采样,结合化学分析和变性梯度凝胶电泳(DGGE)、末端限制性片段长度多态性(Terminal Restriction Fragment Length Polymorphism,T-RFLP)、实时荧光定量PCR(quantitative PCR)等分子分析技术,对不同施肥制度下水稻土的氨氧化古菌(ammonia oxidation archaea,AOA)和厌氧氨氧化细菌(anaerobic ammonium oxidation bacteria,anammox bacteria)16S rRNA基因的群落结构、多样性和垂直分布进行分析。以期揭示水稻土 AOA和厌氧氨氧化细菌对不同施肥制度的响应特点及在土壤中的分布特征,以深入认识石灰性紫色水稻土生态系统氮素循环特征,为在该类土壤上建立合理氮肥施用制度、保护土壤质量提供重要依据。本研究取得结果如下:(1)利用化学分析方法对不同施肥制度下石灰性紫色水稻土理化性质进行了分析,相对于无肥处理,施肥会降低石灰性紫色水稻土 pH和硝氮含量,而增加土壤有机质、全氮和氨氮含量。伴随土壤深度增加,土壤pH增加,全氮和硝氮含量降低,氨氮含量变化趋势不明显。(2)利用变性梯度凝胶电泳对不同施肥制度下石灰性紫色水稻土 AOA群落结构进行了分析,结果显示不同施肥制度在不同土壤深度对石灰性紫色水稻土 AOA群落结构产生不同的胁迫效应,不同施肥制度下的AOA群落结构在0-20 cm处差异不明显;土壤深度增加,不同施肥制度下的AOA群落结构表现出明显差异,CK和N肥处理下的AOA群落结构较简单。AOA群落结构多样性指数和丰富度随土壤深度增加而减小。石灰性紫色水稻土中的AOA均属于奇古菌门(Thaumarchaeota),与来自不同土壤和水体环境的非培养AOA具有明显相似性,与已知氨氧化古菌Candidatus Nitrososphaera gargensis(GI:EU281321)相似。冗余梯度分析显示pH(P=0.012)是造成石灰性紫色水稻土 AOA群落结构差异的主要原因。(3)利用实时荧光定量PCR对不同施肥制度下石灰性紫色水稻土 anammox细菌丰度值进行测定,结果显示:石灰性紫色水稻土 0-20 cm处厌氧氨氧化细菌丰度值最高,基因表达最丰富。20-40 cm处厌氧氨氧化细菌丰度值最低,基因表达量最少。在各个土壤深度中,单施氮肥处理条件下的anammox细菌丰度值最高,无肥处理(CK)和施无机肥处理的厌氧氨氧化菌丰度和基因表达量高于施农家肥和农家肥配施无机肥处理。Pearson相关性分析显示anammox细菌16S rRNA拷贝数与pH值在0.01水平上显著相关,而与TN和SOM在0.05水平上显著相关。(4)利用变性梯度凝胶电泳、末端限制性片段长度多态性对不同施肥制度下石灰性紫色水稻土 anammox细菌群落结构进行了分析。结果显示:石灰性紫色水稻土表层0-20 cm处是厌氧氨氧化细菌的主要分布区域,群落结构最复杂,多样性指数最高。20-40 cm处厌氧氨氧化细菌群落结构最简单,多样性指数最低。不同施肥制度下的厌氧氨氧化细菌群落结构差异明显,在0-20 cm 土壤深度,单施N处理的多样性指数最低,而NP处理最高。在其余土壤深度中,无肥处理(CK)和施无机肥处理的厌氧氨氧化菌数量高于施农家肥和农家肥配施无机肥处理。石灰性紫色水稻土中的厌氧氨氧化细菌主要为Brocadia属,其次为Scalindula属。冗余梯度分析(Redundancy gradient analysis,RDA)显示pH是影响石灰性紫色水稻土 anammox细菌群落结构的重要因子,研究揭示石灰性紫色水稻土中的anammox细菌群落结构表现出明显的垂直分布特征。文章研究了石灰性紫色水稻土氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌群落结构和多样性对不同施肥制度的响应特征,以及氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌的层次分布特征。研究结果显示施肥会明显影响石灰性紫色水稻土中的氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌,农家肥配施无机肥有利于氨氧化古菌群落结构的发育,长期施氮会增加厌氧氨氧化细菌的丰度,但降低群落结构多样性。石灰性紫色水稻土中的氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌主要分布于土壤0-20 cm处。pH是影响石灰性紫色水稻土氨氧化古菌和厌氧氨氧化细菌群落结构的主要土壤理化因子。