东北地区是我国重要的粮食主产区和商品粮基地,农作物秸秆资源丰富,但资源化利用的比例不高,且不合理施肥现象持续凸显。为了推进秸秆综合利用,实现减肥增效的目标,因地制宜的推进秸秆还田在农业资源利用和可持续发展方面显得尤为重要。而在秸秆还田的应用中,探索能够实现秸秆全量、生态、安全还田的方式也具有重要意义。本文通过田间原位微区试验,利用¹⁵N同位素示踪技术,研究了秸秆全量不同还田方式（不还田CK、覆盖还田SM、常规还田SC、深还田SD）对土壤氮素形态、NH₃挥发及N₂O排放动态特征和肥料氮在土壤-玉米系统中的植物吸收、土壤残留及氮素损失的影响,以期为东北地区秸秆还田方式的选择以及氮素肥料减施提供科学依据。主要研究结果如下:（1）明确了秸秆还田方式对土壤各氮素形态的影响。秸秆还田提高了土壤氮素的供应能力,促进了各氮素形态间的转化,与CK和SM处理相比,SC和SD处理对土壤各氮素养分库的影响较大。其中,秸秆还田提高了0-20 cm土层铵态氮的平均含量,SC处理最高,比CK提高了40.82%;秸秆还田降低了20-40 cm土层的平均含量,SD处理最低,比CK降低了7.14%。与CK相比,SD处理增加了土壤中硝态氮的含量。秸秆还田有助于还田层土壤可溶性有机氮的转化和土壤微生物对氮素的固持。与CK和SM相比,SC和SD处理不同程度增加了0-20 cm和20-40 cm土壤固定态铵库的大小。（2）明确了不同秸秆还田方式下土壤NH₃挥发和N₂O排放特征及其影响因素。相比于CK处理,不同秸秆还田方式均显著降低了土壤NH₃挥发量,增加了土壤N₂O排放量。SM、SC和SD处理下土壤NH₃挥发累积量分别比CK处理减少了12.38%、9.87%和5.73%;与CK相比,SM、SC和SD处理下土壤N₂O累积排放量分别增加了30.19%、82.82%和36.53%。各处理氮素气态损失率排序为:CK<SM<SD<SC。气温和土壤含水量的双因素拟合可以较好的解释土壤NH₃挥发的变化,土壤温度与土壤N₂O排放通量呈显著的指数相关关系。通过相关性分析可知,土壤pH、容重、铵态氮和硝态氮含量对气体排放具有极显著影响。（3）明确了秸秆还田方式下肥料氮在土壤-玉米系统中的分配特征。各秸秆还田方式处理的玉米产量均高于CK处理,其中,SD处理的产量最高且显著高于CK处理。随施肥时期的延后,玉米地上部¹⁵N利用率逐渐升高,且SD处理的地上部¹⁵N利用率与CK处理相比得到了显著地提升。同一施肥条件下,秸秆还田增加了还田层土壤微生物对肥料氮的固持。在3种还田方式中,SD处理对于提升土壤微生物固持肥料氮的作用最大,且对20-40 cm土层的促进效果更加明显,其次为SC处理。在3个施肥时期中,播种期施用的氮肥对固定态铵库的贡献最大,各秸秆还田方式不同程度的促进了土壤对肥料氮素的固定和释放。在3个施肥时期中,基肥氮素的损失率最高,拔节肥在土壤中的残留率最高,吐丝期施肥对玉米籽粒的贡献最大。SD处理显著提高了各施肥时期的茎叶¹⁵N利用率和根系¹⁵N利用率,同时其氮素损失率也低于其他处理。因此,综合考虑土壤氮素供应、气态损失、玉米产量及地上部¹⁵N利用率和不同施肥时期肥料氮素在土壤-玉米系统中的分配等因素,秸秆深还田是一种较好的实现秸秆全量、生态、安全还田的秸秆还田方式,能够更有效的提升土壤氮素供应能力、提高玉米产量和氮肥利用率、减少当季氮肥的损失。由于各秸秆还田方式均增加了N₂O的排放量,因此在实际应用中可与N₂O减排措施进行配套实施。