农业的可持续发展包括保持粮食产量，减少生产风险，保护自然资源和维持土壤质量。维持和提高土壤的质量和生产力是保证农业可持续发展的基础，而土壤养分状况是决定土壤质量和生产力的主要因素。土壤养分在不同的时空尺度上变异很大，受自然因素和人为活动的影响显著。不同的利用方式、施肥措施以及区域尺度上多种因素的综合作用均会导致土壤养分含量和形态组成的明显变化。土壤养分不仅支持作物生长，还影响到土壤中一系列特性，特别是微生物学过程特性。在我国南方亚热带地区，目前的生产管理现状，如集约的稻田利用方式、大量的施肥以及区域尺度上综合因素的影响，造成土壤养分明显变化，严重影响土壤的生化过程特性。研究该地区土壤养分状况与微生物学特性的关系对保持农业可持续发展具有理论与现实的意义。然而，由于地形、母质、利用方式、土壤性质等多因素综合作用的高度复杂性，目前关于该地区土壤养分与微生物学特性变化关系的研究和认识仍显得非常薄弱。　　 本论文试图探索建立一种适合红壤地区的土壤微生物核酸提取方法，比较红壤区水稻土及其它利用方式下土壤养分状况和微生物学特性差异，研究不同施氮水平下红壤区水稻土养分状况变化及其对微生物学特性的影响，评价区域水平上土壤养分状况与微生物学特性变化的关系。　　 利用PBS缓冲液洗涤土壤，结合直接裂解微生物细胞的方法，对红壤地区的水田和林地两种土壤类型中微生物的DNA和RNA进行同时提取，估计了该方法对两种土壤类型的提取效率，并检验获得的核酸提取物的纯度。结果表明，该方法能够有效地提取出水稻土和林地土壤中微生物DNA和RNA，提取效率分别为45.85±1.49％和39.83±2.76％，对提取出的DNA和RNA进行酶切、基因组PCR和反转录PCR，结果表明该方法提取出的核酸纯度可以满足后续的相关研究需要，为研究微生物的活性及其在土壤环境中的功能奠定了基础。　　 分析比较了不同利用方式下红壤微生物生物量和代谢功能多样性等土壤质量指标的变化。结果表明，不同利用方式对土壤质量各指标造成了显著的影响：稻田土壤的微生物生物量碳、氮最高，林地和草地土壤次之，旱地最低(分别仅为稻田土壤的4.3％和13.7％)；稻田土壤的微生物代谢功能多样性最高，旱地，林地和草地土壤的细菌代谢功能多样性较低，旱地土壤的真菌代谢功能多样性最低；微生物生物量和代谢功能多样性可以作为反映土壤质量变化的早期敏感指标，用来衡量管理措施的改变对土壤质量造成的影响。　　 通过连续多年的(2002年开始)不同施氮水平小区试验，研究大量氮素肥料投入下，土壤养分对微生物学性质的影响。小区试验共设5个不同的氮素投入水平：0U，0.5U，U，1.5U和2U分别对应当地常规尿素施用量(900 kg ha-1y-1)的0，0.5，1，1.5和2倍。研究表明，与不施肥的对照(0U)处理相比，随施肥水平的升高，土壤有机质、微生物生物量和呼吸强度呈上升趋势，其中有机质增加了约10％-31％；微生物生物量碳增加了约3％-31％；底物诱导呼吸强度增加了约15％-28％。微生物的功能和遗传多样性随着养分的过量投入而降低，与习惯尿素施用量处理(U)相比，2倍习惯尿素施用量处理(2U)下，微生物功能多样性指数和均匀度指数分别降低了35％和10％；遗传多样性降低了约28％。相关分析表明，在大量肥料投入情况下，土壤的养分状况是影响微生物学性质，特别是微生物多样性等的主要因素。结果还表明，大量氮素肥料的投入导致温室气体释放量显著增加，与对照处理(OU)相比，不同施氮水平处理下N2O和CO2的释放量分别增加了5％-26％和23％-32％。　　 区域尺度上，多因素综合作用导致土壤养分含量和形态组成变化，对土壤微生物特性产生明显影响。通过对余江县域内代表性的112个水稻土样品的分析表明，土壤有机质、微生物生物量、呼吸强度和有机碳的矿化均随土壤全氮和速效氮水平的升高而增加，微生物代谢熵则随全氮和速效氮水平的升高而下降。然而，微生物功能多样性和全氮、速效氮水平呈多项式分布：Shannon指数和Shannon均匀度指数在土壤氮素水平较低时，随全氮和速效氮水平的升高而升高，但是当全氮和速效氮水平进一步升高而超过一定值后，Shannon指数和Shannon均匀度指数反而下降。通过拟合估计，该地区土壤速效氮水平最适值为183-189 mg kg-1，当土壤速效氮水平超过该值后，过量积累的氮素养分可能会给土壤微生物学特性带来不利影响，给当地农业的可持续发展带来潜在风险。