【目的】通过3年田间试验，研究北疆灰漠土区不同氮、磷肥用量对土壤养分含量以及玉米生长和产量的影响，分析土壤微生物活性和微生物群落功能多样性的变化，探讨长期施肥对土壤养分动态、作物产量和土壤微生物的影响，提出玉米农田氮、磷肥料投入阈值，为北疆灰漠土区玉米的合理施肥提供依据。【方法】2011-2013年开展肥料定位田间小区试验。设置氮肥和磷肥用量两组试验，其中，氮肥试验设计6个氮肥（N）用量水平：0、225、300、375、450、600kg/hm2（300kg/hm2为当地玉米农田氮肥推荐用量，磷肥（P2O5）施用量为75kg/hm2）；磷肥试验设计4个磷肥（P2O5）用量水平：0、75、150、300kg/hm2（75kg/hm2为当地玉米农田磷肥推荐用量，氮肥用量（N）为300kg/hm2）。【主要结果】（1）增施氮肥显著增加土壤硝态氮和铵态氮含量以及土壤无机氮残留量。施氮量<225kg/hm2时，土壤无机氮残留显著降低，表现为负积累；施氮量>300kg/hm2时，无机氮残留量随施氮量呈抛物线性增加。（2）连续3年不施磷肥，土壤Olsen-P、H2O-P和CaCl2-P含量呈逐年降低趋势。施磷量为75kgP2O5/hm2时，土壤速效磷含量基本维持平衡；磷肥用量>150kg P2O5/hm2时，土壤速效磷积累显著。土壤H2O-P和CaCl2-P随磷肥用量呈指数增加，磷肥用量<150kg P2O5/hm2时，土壤H2O-P变化较小；当磷肥用量>150kg P2O5/hm2时，H2O-P和CaCl2-P含量迅速增加。（3）土壤Ca2-P、Ca8-P、Fe-P含量随施磷量和施用年限显著增加，Al-P含量仅在第三年略有增加，O-P和Ca10-P含量受施磷量和施肥年限的影响不大。土壤Ca10-P、O-P和其它形态无机磷的相关性不显著。不同形态无机磷与土壤速效磷的相关性依次为：Ca2-P> Ca8-P> Fe-P> Al-P> Ca10-P、O-P。（4）合理施用氮肥（0~300kg N/hm2）可显著提高土壤微生物数量、生物量及酶活性。施氮>300kg N/hm2，土壤脲酶活性显著降低，微生物量P和碱性磷酸酶活性变化不大；施氮>375kg N/hm2，细菌、真菌、放线菌数量显著减少，微生物量C和N变化不大；而土壤蔗糖酶活性在施氮450kg N/hm2时活性最强。土壤微生物群落的碳代谢功能多样性表现为N225、N0>N600、N450>N375、N300。（5）土壤细菌和真菌数量、微生物量N随施磷量（0~300kg P2O5/hm2）增加显著提高。磷肥施用量>150kg P2O5/hm2，土壤放线菌数量、微生物量C和P显著降低，蔗糖酶和碱性磷酸酶活性增加不显著。不同磷肥用量处理土壤微生物群落碳代谢功能多样性（AWCD）的大小顺序为P0、P300>P150、P75。（6）施氮300~375kg N/hm2时，玉米干物质重、氮磷养分积累量和产量最高；过量施氮玉米增产不显著，氮肥利用率显著降低。玉米产量与无机氮积累量表现为显著的二次抛物线形关系。当土壤无机氮达到平衡时，玉米产量显著低于最高产量；而当玉米产量达到最大时，土壤无机氮则有一定积累。研究区玉米农田的氮肥投入阈值为270-340kg N/hm2，既能获得较高的产量和肥料利用率，又能降低氮肥面源污染风险。（7）施磷量为0~150kg P2O5/hm2时，增施磷肥可显著增加玉米干物质重，提高氮磷养分吸收量，促进氮素养分向籽粒运转，增加穗粒数，提高产量。施磷量>150kg P2O5/hm2，玉米干物质重和产量有所降低。研究区玉米农田的磷肥投入阈值为98-145kg P2O5/hm2，既能获得较高的产量和肥料利用率，又能降低磷素淋洗风险。【结论】增施氮肥（300~375kg N/hm2）可提高土壤微生物数量、生物量及酶活性，显著促进玉米养分吸收，提高产量。施氮260kg N/hm2时，土壤无机氮达到平衡；施氮>300kg N/hm2，土壤脲酶活性显著降低，微生物量P和碱性磷酸酶活性变化不大，土壤无机氮积累量显著增加，玉米增产不显著，氮肥利用率降低。增施磷肥能显著增加土壤微生物数量、微生物量N、蔗糖酶和碱性磷酸酶活性，施磷量为75kg P2O5/hm2时，土壤有效磷基本保持平衡；施磷量高于150kg P2O5/hm2时，土壤有效磷显著积累。研究区玉米农田的适宜氮肥投入阈值为270-340kg N/hm2，磷肥投入阈值为98-145kgP2O5/hm2。