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氮肥在农作物增产中具有重要的作用。为了作物高产，自20世纪60年代以来，我国农田氮肥的用量逐年增加。长期大量施用氮肥导致我国农田生态系统氮素总体处于盈余状态，大量的（20%～50%）肥料氮残留在土壤中，不但造成财力和资源的巨大浪费，也给生态环境和农产品安全带来巨大压力。为维持农业可持续发展和降低过量施肥对环境的威胁，进一步研究施用的氮肥在一季作物收获后的去向，包括被后季作物利用、损失和残留等，对于农业生产和环境保护都具有重要的意义。长期不同施肥不仅影响土壤有机碳、全氮等含量，而且还影响微生物的生物量、可溶性有机物等活性有机物，这无疑会影响土壤残留肥料氮的去向。因此，研究长期不同施肥土壤残留肥料氮的去向，对于农业发展和生态环境安全都具有重要意义。本研究以位于黄土高原南部的长期肥料定位试验（19年）冬小麦-夏季休闲和冬小麦-夏玉米两个体系下不同肥力土壤（No-F，长期不施肥；NPK，长期施用NPK化肥；MNPK，长期有机无机配施）为研究对象，利用15N示踪技术，通过田间微区试验与室内培养和盆栽试验相结合的方法，研究了不同肥力土壤残留肥料氮去向及其机理，获得以下主要结论：（1）通过Stanford和Smith间歇淋洗培养法研究了冬小麦-夏休闲旱作体系下19年不同肥力土壤0-20、20-40和40-60cm土层氮素矿化特性。结果表明，与NPK土壤相比，MNPK土壤显著提高了0-20和20-40cm土层土壤有机碳、全氮、氮素累积矿化量和矿化势；与No-F土壤相比，MNPK土壤显著提高了0-60cm土层氮素累积矿化量和矿化势。3种不同肥力土壤0-20cm土层N0占土壤全氮的比例幅度为19%～23%，20-40cm土壤为9%~12%，40-60cm土层为约为6%，各土层MNPK土壤的比例值均最高。MNPK土壤0-20cm土层氮素累积矿化量占0-60cm土层比例最高为71%。说明长期有机无机配施显著提高了0-60cm土层土壤供氮能力，其中0-40cm土层尤明显。（2）通过盆栽试验方法，研究了15N标记氮肥及其与秸秆氮配施对不同肥力土壤连续两季小麦氮素供应的影响。结果表明，与单施氮肥处理（+N）相比，秸秆氮肥配施处理（+1/2N+1/2S）显著降低了第一季小麦对肥料氮和土壤氮的吸收；而两氮肥处理下，MNPK土壤第一季小麦吸收肥料氮均显著高于NPK和No-F土壤。第一季小麦收获后，+1/2N+1/2S处理下3种土壤和+N处理下的NPK和MNPK土壤残留肥料氮82.6%～95.1%以有机态存，而+N处理下No-F土壤残留肥料氮47.7%以矿质态存在。+N处理下，No-F土壤残留肥料氮的利用率为20.0%，显著高于NPK（9.1%）和MNPK土壤（12.4%）。+1/2N+1/2S处理MNPK土壤残留肥料氮利用率（12.0%）显著高于NPK（9.4%）和No-F土壤（8.8%）。两季作物收获后，No-F、NPK和MNPK土壤+N处理下肥料氮总利用率分别为34%、54%和64%，+1/2N+1/2S分别为17%、27%和36%；+N处理下两季总损失分别为25%、15%和12%，+1/2N+1/2S分别为21%、18%和16%。+N处理下3土壤残留率分别为24%~41%，+1/2N+1/2S处理下分别为48%~62%，说明短期施用碳氮比高的秸秆，由于微生物固持，降低了作物对氮素的吸收，增加肥料氮残留；而有机肥与化肥长期配施能够有效地调节氮素固持与供应，提高氮肥利用率，降低氮肥损失。（3）通过室内培养的方法，研究了盆栽试验第一季冬小麦收获后施入的15N标记氮肥及其与秸秆配施在3种不同肥力土壤残留氮的矿化和吸收特性。结果表明，经过28天矿化培养后，与NPK土壤相比，MNPK土壤氮素净矿化量显著增加，增幅为39%～49%；NPK和MNPK土壤残留肥料氮矿化量为1.23～1.90mg kg-1，占总残留的2.78%～5.53%，均显著高于No-F土壤。与+N处理相比，+1/2N+1/2S处理显著提高了3种土壤氮素净矿化量。短期培养期间土壤氮素净矿化量和第二季小麦生育期作物吸氮量呈显著性正相关。说明残留肥料氮在第二季作物生长期间可以逐渐矿化；长期施肥处理尤其长期有机无机配施显著提高土壤氮素矿化量。（4）通过15N标记田间微区法，研究了冬小麦-夏休闲旱作体系下不同肥力土壤一季作物收获后残留肥料氮在夏季休闲期间的损失及第二季小麦的利用情况。结果表明，休闲期间，No-F土壤残留肥料氮损失率最高为48%，显著高于NPK及MNPK土壤（分别为22%和19%）。一季收获后，No-F、NPK和MNPK土壤残留肥料氮利用率分别为12.8%、5.6%和8.5%，相当于施入氮肥的9.0%、2.0%和2.2%；第二季小麦收获后，MNPK和NPK土壤肥料氮总回收率（两季小麦吸收及0-100cm土壤残留量之和）分别为84.5%和86.6%，显著高于No-F土壤（59%）。两季作物收获后，3种土壤仍有17.8%～30.7%的肥料氮残留，且80%以上集中在0-40cm土层。可见残留肥料氮的损失主要发生在夏季休闲期间，长期施肥尤其长期有机无机配施显著提高肥料氮的回收率，降低残留氮肥损失。（5）通过15N标记田间微区法，研究了冬小麦-夏玉米轮作体系下施用的肥料氮在不同肥力土壤连续3季作物收获后的去向。结果表明，NPK和MNPK土壤3季作物对标记氮肥总利用率分别为57%和65%，均显著高于No-F土壤（28%）。No-F、NPK和MNPK土壤随后两季（第二季和第三季）作物对第一季收获后残留氮肥的利用率分别为17%、15%和8%，其中No-F土壤第三季作物对残留肥料氮的利用率为7%，显著高于NPK（2%）和MNPK（3%）土壤。3季作物收获后，No-F、NPK和MNPK土壤施入氮肥在土壤和作物系统的总回收率分别为50%、77%和84%，损失率分别为50%、23%和16%。3季作物收获后，3供试土壤标记氮肥残留率均约为20%左右，且主要分布在0-20cm土层。可见长期平衡施肥尤其长期有机无机配施可显著提高肥料氮总利用率，降低氮肥损失。（6）通过室内培养与土柱模拟相结合的方法，研究了15N标记肥料氮（(NH4)2SO4）在施入不同肥力土壤后的生物和非生物固持、硝化、氨挥发及淋溶损失。结果表明，氮肥施入后，很快同时发生氮素的生物固持和非生物固持。14天培养期间，No-F、NPK和MNPK土壤对肥料氮（15N）的总固持量分别为48.2、41.1和38.2mg kg-1，相当于施入15N的32.1%、27.4%和25.5%，其中生物固持15N分别占总固持的53.6%，83.4%和96.2%。长期施肥显著降低土壤对铵态氮的晶格固定，NPK（8.8mg kg-1）和MNPK（2.1mg kg-1）土壤晶格固定15N最大值分别为No-F土壤的35%和8%。培养第3天时，施入NPK和MNPK土壤中铵态氮的硝化率分别为62%和67%，而No-F土壤仅为12.7%。与No-F土壤相比，长期施肥土壤显著降低铵态氮挥发。土柱淋溶试验中，19天后No-F、NPK和MNPK土壤中施入15N损失率分别为56%，76%和85%。可见，长期有机无机配施土壤提高了铵态氮肥硝化反应和生物固持，降低了氨挥发和非生物固持。综上可见，残留肥料氮在后季具有一定的生物有效性，其利用率在6%～20%之间，因此，农业生产中在施用氮肥时，应考虑其后效。长期有机无机配施显著降低了残留肥料氮的损失，其残留氮更多继续保留在土壤中补充消耗的土壤氮，说明长期有机无机配施在实现粮食高产和环境友好方面具有重要意义。