有机农业作为一种环境友好型生产模式,改善了土壤的养分平衡状态,其中土壤微生物是养分元素循环的主要参与者,在土壤肥力的形成和维持中起重要作用。本试验以2002年建立于中国农业大学曲周实验站的日光温室有机、无公害与常规蔬菜长期定位试验为研究对象,连续2年系统地研究不同种植模式下的氮素动态和平衡,同时利用实时荧光定量PCR分析介导氮素形态转化的固氮细菌、氨氧化细菌（AOB）、氨氧化古菌（AOA）和反硝化细菌的丰度动态,并首次利用Illumina MiSeq高通量测序的宏基因组学方法追踪固氮细菌、AOB和反硝化细菌的群落结构变化,主要结论如下:1、有机模式改变了土壤剖面无机氮的空间分布格局,提高了氮素的供应和维持能力。具体表现为:0-100cm 土层硝态氮（NO3--N）累积量占0-200 cm 土层NO3--N累积量的比例比无公害和常规模式分别提高了 3.4%和12.4%,100-200 cm 土层的比例分别降低了 3.4%和12.4%;0-100 cm 土层铵态氮（NH4+-N）累积量占0-200 cm 土层NH4+-N累积量的比例比无公害和常规模式分别提高了 9.7%和7.7%,100-200 cm 土层的比例分别降低了 9.7%和7.7%;0-20 cm 土层平均全氮（TN）含量比无公害和常规模式分别高43.9%和96.8%。有机模式减轻了环境的面源污染:0-100 cm 土层淋溶水TN累积量分别比无公害和常规模式降低2.9%和30.8%,NO3--N累积量分别降低8.0%和43.5%,NH4+-N累积量分别降低18.2%和42.7%;氧化亚氮（N2O）累积排放量比无公害和常规模式分别降低29.1%和35.3%。此外,有机模式中的蔬菜产量比无公害和常规模式分别提高15.5%和22.5%,蔬菜氮吸收量分别提高6.7%和16.3%,氮素盈余比常规模式降低了 12.4%。2、实时荧光定量PCR分析显示有机模式显著提高了细菌（16S rRNA基因）、AOA（amoA基因）的丰度（p<0.05）,对固氮细菌（nifH基因）和反硝化细菌（nirS,nosZ基因）丰度有一定的促进作用,抑制了 AOB（amoA基因）的丰度（p<0.05）。介导氮形态转化微生物的丰度的变化显示有机模式或提高了表层土壤微生物的固氮和反硝化作用,而抑制了氨氧化作用。3、宏基因组学分析显示:长期有机种植对土壤细菌、AOB和反硝化细菌的种群组成均产生显著的影响。在有机模式下AOB的均匀度增加,适应有机质丰富环境的Nitrosomonas种群丰度显著提高。与反硝化细菌种群相比,有机体系下AOB种群结构在19次取样期中均显著区别于其他生产体系,能够稳定地指示种植模式的影响。有机模式中nirK型、nirS型和nosZ型反硝化细菌的群落组成与常规模式呈现明显的动态变化,均在大部分取样期（12-13/19）形成不同的分支,且多样性增加,表明有机模式选择性地丰富了反硝化细菌类群。进一步通过PLSPM模型分析不同种植模式对土壤细菌和氮转化主要微生物丰度、多样性和种群结构以及土壤肥力和氮素淋失的影响。结果显示:有机种植模式不仅直接促进土壤肥力的提高,也能够通过提高固氮细菌的丰度和调控AOB的种群结构产生间接促进作用。总之,本研究揭示了长期有机蔬菜种植对土壤肥力、氮素淋失、土壤界面氮素平衡和氮素形态转化主要微生物种群结构、多样性和丰度的影响和潜在的调控机制。