作物秸秆还田作为维持和提高土壤有机质水平的重要措施,可调控土壤养分循环、减少氮肥损失。秸秆分解后不仅可以提供碳源,也可以作为潜在氮源参与土壤-植物系统的养分循环。然而,秸秆氮素在旱地农田生态系统中的作用以及转化过程和控制机制尚不清楚。因此,本研究以潮棕壤为研究对象,利用¹⁵N同位素示踪技术和大田微区试验开展秸秆氮素在土壤中的分布及转化机制研究。研究依托中国科学院沈阳生态实验站的实验平台进行,分别设置三个处理:T1:第一年施用¹⁵N标记秸秆（地上部年均产量50%还田）+非标记肥料,从第二年开始只施用非标记氮肥;T2:第一年施用¹⁵N标记秸秆（地上部年均产量50%还田）+非标记肥料,从第二年开始施用非标记秸秆（地上部年均产量50%还田）+非标记氮肥;T3:第一年施用¹⁵N标记秸秆（地上部年均产量100%还田）+非标记肥料,从第二年开始施用非标记秸秆（地上部年均产量100%还田）+非标记氮肥。通过定量玉米植株和土壤剖面中¹⁵N富集动态,研究不同秸秆覆盖条件下秸秆氮素在土壤-植物系统中的分布与残留情况;通过分析¹⁵N在微生物标识物氨基糖中的富集动态,研究微生物对秸秆氮素的转化利用情况以及对土壤碳氮积累的影响,根据氨基糖的异源性评价真菌和细菌在秸秆氮素转化过程中的相对贡献。主要结果如下:1.经过6年的¹⁵N标记秸秆示踪实验,发现归还的秸秆氮素在土壤-植物系统中的回收率,随着秸秆的分解逐渐提高;秸秆氮素绝大部分残留在土壤中,受还田量的影响两者均表现出T2处理>T3处理。对于初始施用的秸秆氮素在土壤-植物系统中残留量和稳定性来说,连续秸秆还田高于单次秸秆还田。秸秆来源的氮素更多的被保持在土壤中,降低了无机态秸秆氮素的淋失风险。2.秸秆覆盖还田可以提高土壤表层氨基糖含量,并随着覆盖量的增加而增加,说明秸秆覆盖带来的新鲜有机物料促进了微生物的新陈代谢,同时秸秆氮素来源的微生物残体氮与全氮的比值逐渐升高,说明秸秆氮素可通过微生物转化进入土壤氮库中,并且连续秸秆还田提高了秸秆氮素对土壤氮库的贡献。3.以胞壁酸为代表的细菌残留物在试验初期矿化较快,随着秸秆的分解,善于利用复杂底物的以氨基葡萄糖为代表的真菌残留物接替细菌成为优势群体,因此秸秆氮素的微生物转化过程中呈现出由细菌为优势群体转变为真菌为优势群体的群落演替过程,但秸秆还田量对真菌和细菌群落演替的影响较小。氨基糖与土壤碳氮积累的关系受秸秆覆盖量的影响,随着试验的进行氨基糖态碳和氨基糖态氮在土壤中逐渐积累并保持稳定。通过多年研究发现,秸秆覆盖还田对微生物转化过程和土壤氮素的积累有显著影响。虽然作物对秸秆氮素的利用率较低,但是秸秆氮素通过微生物固持可有效增加土壤氮库容量,保持在土壤中的秸秆氮素可部分满足作物生长需要,从而维持土壤肥力功能的可持续性。