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土壤管理措施可改变农田土壤微生物多样性和CO2排放,农田土壤微生物通过分解和矿化主要的土壤循环元素(C、N、P和S),从而影响土壤质量和肥力。土壤微生物还通过改变土壤呼吸与微生物对土壤有机质的分解速率从而影响地上生态系统中植物生长及CO2排放。本研究依托甘肃农业大学旱作农业综合实验站于2001年设计的长期定位试验,选取四个处理,即传统耕作(T),免耕(NT),传统耕作+秸秆还田(TS)和免耕+秸秆还田(NTS),于2016、2017和2018年研究了长期不同耕作措施下豌豆播前、花期与收后农田土壤微生物多样性与CO2排放的变化,并从土壤理化性质角度探讨耕作措施影响土壤微生物多样性与CO2排放的主要机制,主要研究结果如下:1.免耕秸秆还田和免耕提高了土壤微生物多样性。在0-10cm土层下,免耕秸秆还田增加了细菌16S rRNA OTUs的数量,免耕主要增加了古菌16S rRNA OTUs和真菌ITS OTUs的数量;播前、花期和收后时10-30 cm土层下非根际土壤细菌16S rRNA和真菌ITS数量较0-10 cm土层的增幅分别为1.2-8.3%和3.5-12.5%,而根际土壤细菌和真菌的OTUs数量较0-10 cm土层分别降低了14.0-21.1%和26.0-44.9%。耕作和秸秆效应对0-10 cm和10-30 cm土壤古菌和细菌16S rRNA多样性的影响显著,对真菌没有影响。各处理对土壤微生物群落没有影响。四个处理下0-10 cm和10-30 cm土层中的土壤优势古菌、细菌和真菌门的纲、门和属间没有显著差异。在开花期和收获前的根际土壤中出现珍稀真菌属Kurtzmanomyces(担子菌门;木耳纲),但在非根际土壤中不存在,而在播种前的非根际土壤中存在。2.耕作措施显著影响2016、2017和2018年的碳排放总量。2017年免耕秸秆还田下的碳排放量最高,而2016和2018年传统耕作下的碳排放量最高,2016、2017和2018年处理下的碳排放量分别表现为T>TS>NT>NTS、NTS>NT>TS>T和T>TS>NTS>NT;2016和2018年免耕秸秆还田表现为大气CO2的“汇”,其碳排放效率(CEE)较传统耕作分别提高43.4%(0.76 kg ha-1)和47.8%(0.67 kg ha-1)。年际效应和年际和处理的交互效应对土壤呼吸速率和碳排放量的影响明显,年际和处理效应对碳排放效率的影响显著。3.免耕秸秆还田改善了土壤理化性质。免耕秸秆还田较传统耕作提高了0-30cm土壤含水量,降低了土壤温度。0-10cm土层下免耕秸秆还田处理具有较高的土壤pH、有机碳、全氮、速效磷、氨态氮、硝态氮和微生物生物量碳氮,耕作和秸秆效应对土壤化学性质影响显著。4.土壤微生物群落与土壤理化性质间既有正相关又有负相关关系。覆盖处理下的土壤理化性质、呼吸速率、碳排放量与土壤微生物群落间没有关系。然而,通过曼特尔检验发现,土壤微生物群落组成与土壤理化性质、平均呼吸速率和碳排放量呈显著正相关。播前和收后的细菌数量与土壤特性具有较大的相关性。主成分分析表明,第一个成分解释了本研究测量的微生物群落组成和土壤性质总变化的30-58%。综上所述,在黄土高原旱作农田,免耕秸秆还田提高了土壤微生物多样性和理化性质,干旱年和湿润年耕作措施对土壤CO2排放的影响不同,但不论是干旱年还是湿润年,免耕秸秆还田均表现为碳汇,且显著提高了碳排放效率。非根际土的微生物多样性高于根际土,免耕秸秆还田提高了土壤细菌的多样性,免耕提高了土壤古菌和真菌的多样性。过去研究中,关于农业土壤中的黑兹曼霉菌的鉴定是不常见的,这可能是我国西北黄土高原农业土壤中黑兹曼霉菌的首次报道。免耕和秸秆还田措施通过改善土壤的水分、温度、碳氮含量等物理化性质增加了微生物多样性、提高了土壤碳排放效率。