土壤碳库是陆地生态系统中最大的碳库,其微小的变化对全球气候变化有深刻的影响。土壤有机碳库和无机碳库均为土壤碳库的重要组成部分,目前,土壤碳循环研究主要集中于土壤有机碳,较少考虑无机碳的效应。土壤微生物是碳循环的重要驱动力,土壤酶反映土壤中养分的转化能力。在半干旱半湿润气候条件和以盐碱土为特征的特殊土壤环境下,微生物和土壤酶对土壤有机碳和无机碳含量变化的作用是土壤碳循环研究的新问题。吉林西部是世界三大盐碱地集中分布区之一,是全球气候变化和碳循环研究的重要地区。本研究以该区盐碱农田土壤为研究对象,将野外样品采集和实验室测试相结合,采用环境监测、分子生物学技术、统计分析和模型构建等方法,揭示土壤有机碳和无机碳含量的变化规律,剖析土壤酶活性及微生物数量和群落结构的变化特征,探究土壤酶和微生物对有机碳和无机碳变化的作用。研究结果表明:1、盐碱水田土壤有机碳含量在幼苗期和分蘖期减少,在抽穗期增加,在成熟期减少;盐碱旱田土壤有机碳含量在幼苗期和拔节期增加,在抽穗期和成熟期减少。水田土壤无机碳含量在幼苗期和分蘖期增加,在抽穗期减少,在成熟期增加;旱田土壤无机碳含量在幼苗期和拔节期减少,在抽穗期和成熟期增加。盐碱农田土壤有机碳含量随剖面深度的增加而减少,无机碳含量随剖面深度的增加而增加。壤土的有机碳含量最大,粉砂质壤土的无机碳含量最大。2、盐碱水田土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和淀粉酶活性在抽穗期达到最大值,盐碱旱田土壤过氧化氢酶、蔗糖酶和淀粉酶活性在拔节期达到最大值。农田土壤β-葡萄糖苷酶活性在成熟期达到最大值。农田表土层的过氧化氢酶、蔗糖酶、β-葡萄糖苷酶和淀粉酶活性大于心土层,二者有显著差异。3、盐碱农田微生物总量相对较少,细菌数量占主导地位。水田土壤细菌、放线菌和真菌数量在幼苗期和分蘖期较低,在抽穗期增加,在成熟期减少;旱田土壤细菌、放线菌和真菌数量在幼苗期和拔节期增加,在抽穗期和成熟期略有减少。盐碱农田表土层土壤细菌、放线菌和真菌数量大于心土层,二者有显著差异。旱田的细菌、放线菌和真菌数量均大于水田。4、土壤细菌和放线菌丰度在幼苗期和分蘖期(拔节期)较小,在抽穗期达到最大,在成熟期趋于稳定。在作物生长期,不同菌种有明显的动态变化规律。盐碱农田土壤的群落多样性在成熟期最大,分蘖期(拔节期)最小。在成熟期、抽穗期和幼苗期,农田土壤微生物物种丰度均较高,在抽穗期和幼苗期,农田土壤物种分布均匀。成熟期和抽穗期农田菌群的相似度较高,分蘖期(拔节期)菌群与其他生长时期差异较大。盐碱水田和旱田的优势序列均为变形菌门,而表土层和心土层的次优势序列有所差异。砂质壤土水田的物种丰度最高,粉砂质壤土旱田的物种丰度较高。粉砂质壤土和砂质壤土水田的菌群相似度较高,砂质壤土和壤土旱田的菌群相似度较高。农田心土层土壤的群落多样性相对较大,物种分布相对较均匀。盐碱农田土壤中的功能菌对碳转化起着关键作用,包括黄单胞菌目、梭菌目、噬纤维菌科、生丝微菌科、黄杆菌属、假单胞菌属、弧菌属、溶杆菌属、鞘氨醇单胞菌属、芽孢杆菌属、节杆菌属和光合细菌等。5、盐碱农田土壤有机碳和无机碳含量呈显著的负相关关系。农田土壤有机碳含量与蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶、β-葡萄糖苷酶活性及细菌、真菌和放线菌数量呈显著正相关关系,水田土壤无机碳含量与蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶、β-葡萄糖苷酶活性及细菌、真菌和放线菌数量呈显著负相关关系,旱田土壤无机碳含量与蔗糖酶、淀粉酶、过氧化氢酶、β-葡萄糖苷酶活性和真菌数量呈显著负相关关系。回归分析表明,水田土壤淀粉酶、细菌和蔗糖酶对土壤有机碳起到较大作用,旱田土壤蔗糖酶、真菌和β-葡萄糖苷酶对土壤有机碳起到较大作用,农田土壤过氧化氢酶对土壤无机碳起到较大作用。主成分分析表明细菌、真菌、放线菌、淀粉酶、蔗糖酶、过氧化氢酶、β-葡萄糖苷酶均为盐碱农田土壤碳的主要影响因素。以往研究主要集中于土壤有机碳,本文将土壤无机碳纳入盐碱土区碳循环研究,剖析盐碱胁迫下土壤酶和微生物对土壤有机碳和无机碳变化的作用,采用分子生物学技术探究功能菌群对土壤碳变化的作用是一种新的尝试。