黑龙江省是我国大豆的主产区,大豆种植面积占全国种植面积40%左右,随着国家作物种植结构的调整和大豆产业振兴计划的实施,黑龙江省大豆种植面积逐步增加。长期定位试验和多点田间调查证实,大豆连作产量下降10-30%,东北区大豆连作障碍的发生是一个不可回避的现实问题。因此,开展大豆连作下土壤微生物群落组成、多样性分布及群落演替规律的研究,对阐明大豆连作障碍发生机制具有重要理论意义。本研究基于东北黑土区长期田间定位试验,采用qPCR和高通量测序的方法,对大豆短期连作3年和5年(CC3和CC5)、长期连作13年(CC13)及大豆-玉米轮作(CR5)处理下根际和非根际土壤中的细菌、真菌和古菌丰度、多样性和群落组成进行分析。主要研究成果如下:(1)与CC3和CC5处理相比,CC13和CR5处理显著增加了非根际土壤pH和养分含量。CC13和CR5处理显著增加了根际和非根际土壤细菌丰度和alpha多样性。PCoA和RDA分析结果显示,大豆连作显著改变了根际和非根际土壤中细菌群落结构,这种分异主要受到土壤pH和养分含量的影响,其中土壤pH变化是连作土壤细菌群落变化的最主要影响因子。CC13和CR5处理显著增加了有益细菌Bradyrhizobium sp.和Gemmatimonas sp.的相对丰度,但降低了潜在致病菌Burkholderia thailandensis和Burkholderia mallei的相对丰度,这可能对改善土壤环境具有积极的作用。此外,网络分析结果显示,与CC3和CC5处理相比,CC13和CR5处理增强了细菌网络结构的稳定性。(2)与CC3和CC5处理相比,CC13和CR5处理显著增加了非根际土壤的真菌丰度,但显著降低了根际土壤的真菌丰度。大豆连作年限对真菌alpha多样性无显著影响,但CR5处理下的真菌alpha多样性显著增加。在根际与非根际土壤中,连作年限和种植制度均显著影响真菌群落结构,RDA分析表明土壤C/N是驱动土壤真菌群落发生分异的最主要因素。CC13和CR5处理显著降低了根腐病病原菌Fusarium oxysporum的相对丰度,而显著增加了其拮抗菌Epicoccum nigrum以及有益真菌Trichosporon sp.和Mortierella sp.的相对丰度。此外,与CC3和CC5处理相比,CC13和CR5处理增加了真菌间的相互作用,其网络结构更加复杂。(3)与大豆连作(CC)处理相比,CR5处理显著降低了根际土壤古菌群落alpha多样性。PCoA和RDA分析结果表明轮作和连作年限均对古菌群落结构产生显著影响,而土壤古菌群落发生分异的主要驱动因子是土壤C/N。此外,与细菌和真菌群落相比,黑土古菌群落结构组成相对简单,仅检测到5个古菌门,分别为奇古菌门(Thaumarchaeota)、广古菌门(Euryarchaeota)、泉古菌门(Crenarchaeota)、纳古菌门(Nanoarchaeota)和Unclassified。奇古菌门和Nitrososphaeria是土壤中的优势古菌门和纲,在CC13和CR5处理中具有氨氧化作用的Nitrososphaeria相对丰度的增加,可能促进土壤氮的氨氧化过程。本研究证明了大豆种植制度和连作年限显著改变了土壤微生物丰度、多样性和群落结构组成,其中细菌群落的分异主要受到土壤pH的影响,而真菌和古菌群落主要受到C/N的制约。CC13处理土壤微生物群落结构及网络特征与CR5处理相似,而与CC3和CC5处理差异显著。同时,CC13处理显著增加了土壤益生菌并降低了致病菌的相对丰度,说明大豆长期连作有产生“抑病土”的可能,而大豆长期连作下土壤生物因子的“恢复”是大豆连作障碍消减的主要原因。上述研究对阐明大豆连作障碍发生机制及推进现代农业可持续发展具有重要理论意义和实际应用价值。