作物秸秆含有丰富的氮磷钾,是农业生产中重要的养分资源,我国秸秆年生产总量大,但利用率不高。施用氮肥是加快秸秆分解和养分释放的关键手段,然而不同氮肥用量下秸秆残渣的动态变化过程及其微生物学机制仍不清楚。本论文以华北平原潮土为研究对象,通过田间秸秆包填埋试验和室内盆栽试验,利用固态核磁共振(13C-NMR)、同位素示踪、稳定性同位素核酸探针（DNA-SIP）、扩增子测序、宏基因组分析等分子生态学方法,研究不同氮肥用量下秸秆分解速率与结构变化特征、分解关键微生物的群落演替与功能多样性、秸秆碳氮在土壤-作物系统中的流动与分配、秸秆对根际微生物群落建成的影响。论文取得的主要进展如下:1.不同氮肥用量下潮土秸秆分解速率与结构变化特征。小麦秸秆分解呈现前期快后期慢的特征,前两周为快速分解期,该阶段秸秆平均分解率为45.69%,整个玉米季（100天）秸秆平均分解率为70.94%;高氮营养环境对前两周的秸秆分解率无显著影响;第二周开始,施用氮肥加速了秸秆分解,180 kg/hm~2氮肥用量处理（SN1）和240 kg/hm~2氮肥用量处理（SN2）秸秆分解率平均高于不施用氮肥处理（SN0）6个百分点,但SN1和SN2处理之间无显著差异;秸秆碳释放率与秸秆分解率变化趋势基本一致。秸秆氮磷钾养分187天后的最终释放率为:钾（96.16%～96.54%）>氮（51.96%～86.00%）>磷（29.00%～44.99%）,其中钾在前两周基本完全释放,而氮磷释放率在后期有负增长现象。纤维素、半纤维素分解率与秸秆分解规律基本一致,均表现出前期快、后期慢的特点,而木质素则在中后期仍保持较高分解速率。扫描电镜显示,小麦秸秆结构逐渐遭到破坏,表面变得粗糙,断层增多,空洞增大,纤维束变得松散,形成近似网状结构;高氮处理下小麦秸秆表观结构破坏程度大于不施氮处理。核磁共振结果表明,分解过程中烷基碳、甲氧基碳/烷氮碳、酚基碳和羧基碳相对含量显著增加,而烷氧碳相对含量显著降低。2.不同氮肥用量下潮土秸秆分解关键微生物的群落演替与功能。对于细菌而言,分解时间是影响小麦秸秆残渣细菌群落结构变化的第一因子,氮肥因子次之;相反,氮肥因子是影响真菌群落结构变化的第一因子,分解时间次之。在整个分解过程中,变形菌门、厚壁菌门和拟杆菌门等富营养型细菌向放线菌门、绿弯菌门和酸杆菌门等贫营养型细菌过渡,群落整体向土壤方向演替。小麦秸秆残渣真菌群落在分解阶段中表现为粪壳菌纲丰度增加,座囊菌纲丰度减少的趋势。无论细菌还是真菌,施氮对群落组成及功能变化的影响在秸秆分解前两周最为剧烈。宏基因组结果表明,与秸秆分解相关的微生物主要参与碳水化合物转运代谢、氨基酸转运代谢等生物学过程,氮肥提高了氨基酸生物合成、碳代谢、核糖体、丙酮酸代谢、糖酵解/糖异生等途径基因丰度。随着分解时间的延长,秸秆残渣微生物群落代谢活性逐渐降低。3.秸秆碳氮在土壤-作物系统中的流动与分配。秸秆碳分配到小麦植株全碳（TC）、土壤可溶性有机碳（DOC）、土壤微生物量碳（MBC）、土壤残留态碳和损失或未被计算部分的比例分别为0.04%～0.43%、0.32%～0.97%、3.67%～13.49%、31.67%～57.79%和35.25%～62.81%,其中分配到土壤残留碳的比例均随培养时间增加不断降低,而秸秆碳损失率一直在增加,施用氮肥增加了早期秸秆碳向MBC和DOC的转化比例。氮肥显著影响了秸秆氮素在土壤-植物系统中的分配,秸秆氮分配到小麦植株全氮（TN）、土壤矿质氮（Nmin）、土壤微生物量氮（MBN）、土壤可溶性有机氮（DON）、土壤残留态氮和损失或未被计算部分的比例分别为1.97%～14.55%、0.07%～2.55%、5.14%～14.78%、0.70%～4.56%、34.32%～53.03%和31.11%～42.66%,施氮显著提高了小麦对秸秆氮素的利用率,平均增幅为47.81%。小麦生长60天后,仍有42.69%的秸秆氮残留在土壤中,成为重要的潜在氮源。4.施氮条件下添加秸秆对根际微生物群落建成的影响。无论根际还是非根际土壤,秸秆和氮肥配施处理（S1N1）细菌和真菌丰度在不同生长期均高于其他处理,且在第14天达到峰值,说明秸秆还田下配施氮肥可以促进微生物的生长和活性。土壤细菌和真菌群落中部分类群直接或间接参与了秸秆分解过程,根际土壤中直接或间接参与了秸秆分解的特定细菌类群主要包括放线菌门,其次是变形菌门和厚壁菌门等;其中微球菌目微杆菌科、丙酸杆菌目拟诺卡式菌科、间孢囊菌科等发挥着关键作用;真菌类群主要包括粪壳菌目毛球壳科、根泡壶菌科及盘菌目等。网络分析表明根际和非根际土壤微生物共发生网络均随时间的变化具有趋简性,而根内生微生物共发生网络随时间的增加而趋于复杂。