土壤微生物碳转化的非专性过程决定了农田土壤碳循环特征及肥力功能，但对该过程中微生物参与策略和驱动机制（碳输入或土壤类型）以及对碳截获的控制作用还不清楚。本文基于群落水平的微生物功能分析技术（分子生物学及细胞生物学分析）和微生物残留物同位素区分技术，通过分析微生物底物利用策略、微生物群落演替动态以及微生物增殖-死亡周转的累积效应，从而系统性研究高活性碳底物的微生物转化过程和驱动机制，评价微生物功能和土壤碳转化过程的关联。基于上述目的，选取两种具有典型代表性的土壤（黑土和红壤）为研究对象，13C标记葡萄糖以1mg C g-1土壤的添加量一次性加入（仅在第一周添加）和连续性加入（每周添加），共培养8周，每周取样，联合应用土壤DNA提取-超高速密度梯度离心-高通量测序分析、土壤磷脂脂肪酸(PLFA)含量及13C富集比例测定、土壤氨基糖含量及13C富集比例测定等评价技术，探讨外源底物同化和土壤功能微生物群落变化的动态关联，阐明土壤有机质形成和周转的微生物驱动机制。论文取得的主要进展如下:
　　1.碳源连续添加时，利用稳定同位素核酸探针技术（DNA-SIP）探究微生物的底物利用策略。细菌中变形菌门，放线菌门和厚壁菌门对外源碳底物的利用响应比较敏感，而酸杆菌门和绿弯菌门主要利用土壤原有组分，说明细菌营养级策略控制了底物的利用程度。土壤中细菌对外源碳底物的利用在门水平上由营养级（富营养菌）决定，对土壤原有组分的利用可能由营养级策略（寡营养菌）和土壤类型共同决定。真菌中子囊菌门和担子菌门对外源碳底物和土壤原有组分的利用均有所响应，表明土壤中真菌对底物的利用具有广谱性特征。黑土中真菌内在固有的生长策略决定底物利用特征，而红壤中真菌对外源碳底物的利用可能会诱导真菌对土壤原有组分的利用。因此，不同土壤类型呈现不同的底物利用机制，进而影响土壤有机碳的积累。
　　2.利用稳定同位素区分技术与磷脂脂肪酸分析技术(PLFA-SIP)，探究微生物的底物利用策略。当外源底物短期或连续添加后，黑土和红壤中微生物APE的快速增加表明微生物对外源碳底物快速响应。真细菌比值的变化说明微生物底物利用策略会逐渐影响微生物群落的变化，真菌和细菌对外源碳底物的利用是不断竞争演替（底物连续添加）或协同共生（底物短期刺激）的。底物添加方式和土壤类型共同影响微生物对土壤原有组分的利用。黑土中底物短期添加和红壤中底物连续添加，土壤微生物倾向于利用外源碳底物，却抑制微生物对土壤原有组分的利用，微生物不断周转进而导致碳周转;黑土中底物连续添加和红壤中底物短期刺激下，微生物既可以利用外源碳底物也可以利用土壤原有组分，从而积累较多的外源碳。
　　3.在微生物残留物水平上，利用稳定同位素区分技术与氨基糖分析技术(AS-SIP)相结合探究微生物对外源碳底物的积累特征。不同的底物添加方式和土壤类型使得微生物对外源碳底物的截获不同。无论以何种方式添加底物，细菌残留物组分（胞壁酸）比真菌残留物（氨基葡萄糖）更易受到外源碳底物的影响，真菌残留物组分对底物的截获和稳定作用大于细菌，细菌残留物稳定性较弱，分解能力强。碳源短期刺激下，利用外源碳底物和土壤原有组分形成的真菌残留物稳定性较高，细菌残留物分解大于积累。碳源连续添加下，黑土中利用外源碳底物和土壤原有组分形成的真菌和细菌残留物具有表观饱和性，而红壤中利用外源碳底物和土壤原有组分合成的真菌残留物随培养时间不断积累，真菌的稳定性积累更适应养分贫瘠的土壤，细菌残留物在后期多用于分解。因此土壤类型影响微生物对外源碳底物的积累特征，主要表现为低有机质土壤红壤中微生物残留物积累较快。
　　综上所述，利用同位素区分技术，在群落水平分析微生物底物利用策略进而甄别功能微生物，在微生物残留物基础上探究微生物增殖-死亡周转的累积效应，从而建立与土壤碳非专性转化过程的关联。碳源的刺激和土壤类型共同影响微生物对外源碳底物的响应机制进而影响微生物从增殖到死亡的周转。碳源短期刺激下，黑土中微生物对外源碳底物响应慢于低肥力红壤，但对外源碳的积累效率较高，有利于土壤有机组分转化形成微生物残留物。随着碳源可利用性提高（碳源连续添加），两种土壤中的微生物对外源碳底物的同化及截获显著增加，但低肥力红壤中真菌残留物的形成可促进外源碳的稳定，细菌残留物的周转显著增强。因此，在土壤有机质循环中，外源底物的添加会影响土壤微生物活性组分“新”、“老”物质的周转、更新和转化，从而影响微生物残留物以及其它微生物来源有机质组分的积累和稳定化机制。土壤微生物底物利用特征对探讨土壤碳截获机制具有重要的理论意义，为农田土壤碳氮的高效管理提供理论依据。