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保护性耕作措施由于其能够减少水土流失,增加作物产量,提高土壤质量等优势而在我国北方旱区大规模的应用。秸秆还田作为秸秆综合利用的有效途径,在调节土壤结构,提高作物根系系统以及保护生态环境等方面起到重要作用,免耕秸秆还田对秸秆氮素的循环影响很大。因此,本研究以山西临汾27年的长期保护性耕作为研究对象,采用稳定同位素示踪技术研究长期免耕下秸秆氮素在土壤中的转化,在土壤中的空间分布以及作物对秸秆氮素的吸收利用及分配规律,为免耕条件下秸秆氮素的高效利用管理提供理论科学依据,主要结论如下:（1）不同耕作方式下冬小麦对秸秆氮素的吸收及利用小麦不同器官对秸秆15N吸收表现为籽粒最高,叶中最低。与传统耕作（CT）处理相比,免耕秸秆还田（NT）显著提高了根系和叶片对秸秆氮素吸收,提高幅度分别为36.5%和31.2%,说明免耕有利于秸秆氮素向根系和叶片分配。两处理下的冬小麦吸收氮素来自于秸秆氮为1.5%左右。NT和CT处理对于秸秆氮素的利用率分别为6.26%和6.25%。这说明冬小麦主要吸收土壤氮和肥料氮素,对当季秸秆氮素的利用率偏低。（2）不同耕作方式下氮素气态损失在小麦整个生育期内,NT处理的N2O和NH3排放通量整体高于CT处理。NT处理在整个小麦生育期内的N2O排放总量(0.487 kg N ha-1)比CT处理的N2O排放总量(0.433 kg N ha-1)高11%。在秸秆还田初期和小麦返青期不同耕作方式对NH3排放速率的影响较为显著,且NT处理显著高于CT处理。（3）秸秆氮在不同耕作土壤各氮库的动态变化—室内培养实验分别取NT和CT处理的0-20cm耕层土壤进行室内培养实验。结果显示不同耕作方式土壤各氮库的动态变化有显著差异。土壤全氮中秸秆15N含量整体表现为免耕添加15N秸秆（NT+S）高于传统耕作添加15N秸秆（CT+S）。秸秆氮素占土壤总矿质氮的比例表现为NT+S处理高于CT+S处理。整个培养期内,两处理的秸秆15N在活性氮库中的分布表现为在PON中最高。在第56天,NT+S处理和CT+S处理中秸秆氮素在PON中的回收率分别为13.9%和12.7%。其中NT+S处理下,秸秆氮素在MBN中回收率为6.9%,WEON中为3.1%,CT+S处理下的秸秆氮素在WEON中回收率为6.7%,NO3-N中为4.3%。这个结果表明PON是农业土壤中提供可矿化氮的主要途径,长期免耕秸秆还田显著提高了秸秆氮素向PON的转化。（4）不同耕作方式下秸秆氮在土壤中的留存及去向NT和CT处理在0-100cm土层的土壤中秸秆15N的分布大体上随着土壤层次的加深而减少,其中15N主要残留在0-60cm土层中占0-100cm土层中秸秆15N残留量的90%以上。NT和CT处理下的秸秆氮素总残留量分别为11.94 kg ha-1和13.26 kg ha-1,分别占施入秸秆氮总量的46.9%和53.6%。经过一个生长季节后,NT处理下秸秆氮素6.26%被当季小麦利用,47.0%残留在土壤中,47%以气体形式和未分解形式存在。CT处理的秸秆氮素6.25%被当季小麦利用,54%残留在土壤中,40%以气体和未分解形式存在。