土壤氮素是土壤肥力的重要组成部分和作物氮素营养的主要来源,多数的土壤氮素不能满足作物生长的需求,要通过施肥来予以调节和补充。在农田土壤中大量的有机氮通过矿化作用转化为植物可直接利用的无机氮,其中主要是铵态氮,之后土壤有机氮矿化产生的或来自于肥料的铵态氮通过硝化作用转化为硝态氮。因此,土壤氮素矿化的研究对从农田生态系统氮素平衡到全球变化和环境问题均有重要意义,且硝化作用作为全球氮素循环的核心环节,对农业和环境也会产生很大的影响。本文利用重庆市北碚区22年的中性紫色水稻土长期定位试验,研究了不同施肥制度对紫色水稻土肥力、土壤氮素矿化特性、硝化作用特征及氨氧化微生物的影响,以期明确长期施肥对紫色土培肥和肥力演化的重要作用,为紫色土氮素养分资源的高效利用提供理论依据。主要研究结果如下：(1)在长期定位试验中,从全量养分库来看,长期无肥与单施有机肥显著降低了土壤全氮含量,单施有机肥土壤碳/氮最高,单施氮肥和氮磷肥土壤全钾出现亏缺。氮磷钾配施有机肥当季水稻产量最高,长期不均衡施肥水稻产量低于均衡施肥处理。从速效养分库来看,氮磷钾肥配施有机肥土壤速效磷、速效钾含量相对较高,施氮能显著提高土壤速效氮含量,所有施肥处理均显著降低了土壤pH值,以含氯氮磷钾肥配施有机肥处理最低为5.57,加剧了土壤酸化。(2)通过淹水密闭培养—间歇淋洗法研究土壤氮素矿化过程。各施肥处理土壤开始矿化较快,后期趋于平稳。高量氮磷钾肥配施有机肥矿质氮累积量最高,CK处理最小。单施氮肥土壤供氮强度较小且供氮快速,不均衡施肥供氮强度相对较大且短暂,氮磷钾肥配施有机肥土壤供氮强度最大且快速持久,而含氯化肥的施用在一定程度上抑制了土壤氮素矿化。单施氮、氮磷和氮钾肥处理矿化势/全氮显著低于CK,加速了土壤有机氮的矿化和耗竭,氮磷钾肥配施有机肥矿化势/全氮最高,是保持提高土壤供氮潜力及改善有机氮品质最有效的手段,其效果远远高于单施化肥、有机肥或含氯化肥与有机肥配施。故在农业生产中应重视有机无机配施,从而提高土壤供氮能力。(3)应用Real-time PCR的方法,对不同施肥处理下土壤氨氧化菌amoA基因拷贝数进行分析,氨氧化古菌amoA基因拷贝数要远远高于氨氧化细菌。高量氮磷钾肥配施有机肥氨氧化细菌丰度最高。除氮肥显著提高氨氧化细菌丰度外,在此基础上配施磷肥氨氧化细菌丰度也相对较高,说明磷素也是影响氨氧化细菌的重要因素之一。含氯化肥的施用降低了氨氧化细菌丰度。相比对氨氧化细菌丰度的影响,长期施肥对氨氧化古菌丰度的影响较小,表明中性紫色土中氨氧化古菌可能只作为氨氧化过程中一种潜在种群,存在于与氨氧化细菌不同的生境。(4)应用T-RFLP对不同施肥处理的氨氧化菌amoA基因OTU统计结果分析,氮磷钾肥配施有机肥处理氨氧化细菌群落多样性最为丰度,含氯氮磷钾肥配施有机肥氨氧化细菌群落多样性低于不施肥处理。从氨氧化古菌多样性来看,各处理间氨氧化古菌群落多样性变化较小,含氯氮磷钾肥配施有机肥氨氧化古菌群落多样性相对较高,说明该处理低pH对氨氧化古菌多样性影响较大,单施有机肥处理氨氧化古菌群落多样性最低,且最优势菌属出现的比例高达82.81%。由此推测,供试土壤中氨氧化细菌群落多样性受到了不同施肥影响较大,而对氨氧化古菌影响较小。(5)通过室内培养研究不同施肥硝化过程的变化,高量氮磷钾肥配施有机肥土壤硝化细菌数量最高,而含氯氮磷钾肥的施用显著降低了硝化细菌数量,土壤全氮含量和有效磷含量与土壤硝化细菌数量相关系数分别为0.879**(P<0.01)和0.656*(P<0.05)。氮磷钾肥配施有机肥土壤氨氧化潜势最高,而含氯化肥显著抑制了氨氧化能力,可能是含氯化肥降低了土壤pH值,或是氯离子直接作用,土壤pH值和有效磷含量与土壤氨氧化潜势相关系数分别为0.742*(P<0.05)和0.698*(P<0.05)。土壤硝化强度与氨氧化潜势变化类似,进一步验证了含氯化肥的施用抑制了土壤硝化作用。(6)通过短期磷酸二氢钠处理75天后,添加20mg P205·kg-1土处理的硝化细菌数量最高,在此之后,随着磷酸盐浓度提高土壤硝化细菌数量呈下降趋势。不同处理土壤氨氧化潜势也表现出显著性差异,在0mg P205·kg-1土—50mgP2O5·kg-1土范围内,随着磷酸盐浓度的提高土壤氨氧化潜势随之增强,在此之后,随着磷酸盐浓度的增加土壤氨氧化潜势表现出了降低趋势。与各处理土壤硝化细菌数量和氨氧化潜势变化不一致,除40mg P2O5·kg-1土处理土壤硝化强度高达42.9%外,其他各处理土壤硝化强度无显著性差异,说明土壤磷酸盐浓度的变化对中性紫色水稻土硝化强度无明显影响。