氮是植物生长需求最重要的元素之一，是农业生产中影响作物产量最关键的限制因子，稳定的有机碳(SOC)供应对于植物的养分循环和改善土壤物理、化学和生物性质(Rasool et al.2008)，SOC因为其和作物产量之间的密切关系而成为土壤质量的重要指标(Lal1997)，本研究于2016-2017年在河南郑州实施，目的是想得到在冬小麦-夏玉米耕作系统中5个氮肥施用梯度下的氮肥利用效率(NUE)和土壤肥力的关系。土壤处理在小麦季和玉米季都为五个不同的肥力梯度（非常低，低，中，高，非常高），每个处理都有4个重复，采用随机整组设计。　　结果显示，相对非常低水平，较高的土壤肥力水平（高和非常高）可以在小麦和玉米季显著提升作物产量、N吸收和NUE（小麦和玉米产量分别提升41-44％和98-105％，N吸收分别提高47％和116-123％，NUE分别提升18-23％和12％）(P＜0.05)。　　在冬小麦和夏玉米季，小麦籽粒产量和土壤肥力之间呈线性关系(f=y0+a*x)(籽粒产量=a+b*SFL，a=(8.8733)x+11.49，r2:0.71，P=0.007)（图3-9）。相似的线性关系在15NUE和土壤肥力水平间也存在(NUE=a+b*SFL，a=(12.42)x+8.66，r2:0.87，P=0.011)。玉米籽粒产量和土壤肥力呈指数关系(y=y0+a*b^x)，y=22.75+(2.962*29.569)x，r2=0.91，P＜0.05（图4-8），NUE和土壤肥力之间也呈典型的指数关系(NUE=46.41*(exp)0.82x，r2=0.96，P＜0.01)。结果显示长期有机物料的施入对于土壤SOC的提升有积极的效果，进而可以同步增加作物和土壤的N含量。高肥力土壤（高SOC）可以快速矿化成为可利用养分，改善土壤结构质量，提升土壤有机质的供应，增加微生物活性和土壤N的可利用性，最终减少对化学氮肥的依赖。土壤氮最优管理对于粮食生产和环境保护都具有非常至关重要的作用。　　在中国目前可持续农业发展的大背景下，有机物料的施入得到越来越多的重视，这些结果在长期定位试验中都得到了验证，包括单施NPK化肥、堆肥、秸秆还田和厩肥都能够增加作物产量和土壤质量，尤其是可以提升土壤SOC的含量。　　第三个培养试验是在潮土上设定五个不同肥力梯度，测定其矿化潜力(NMP)和矿化率常数(k)，温度为35度，湿度为土壤最佳湿度。结果显示，高肥力水平土壤可以提供显著高的k值(0.118-0327之间)(P＜0.01)，但NMP没有显著差异。k值和微生物量碳氮呈显著正相关，显示更多的氮输入能潜在提高土壤N矿化。而NMP在处理之间并没有显著差异，这就显示NMP可能更多地与土壤固有性质有关，而与土壤肥力管理相关性不强。在小麦和玉米生长季，N矿化分别为0.03-0.04（（g kg-1））和0.03-0.06(g kg-1)。N矿化率提高一个单位可以提升3倍的硝化率。NH4+固定和N矿化之间存在耦合关系，结果显示NH4+固定对于平衡NH4+-N移动和非移动的关系至关重要，在未来研究中也应得到进一步的重视。　　另外，最佳N肥施用率可以增加NUE，但是最佳N施用率却根据想要得到的目标不同而有所差异，比如是想得到最大产量还是最佳经济效益。N矿化是土壤过程中的中心环节，因为其控制为植物供应矿物质N的规模。矿化对于估量N的可利用性、外源物输入质量和相关环境影响都非常重要。　　尽管如此，微生物固定化和矿化铵固定化过程及其释放是寻找氮保留和供应的关键因素，而有机改性剂对铵固定化和释放的影响取决于质量和数量以及施用有机改性剂的时间。　　此外，固定NH4+与矿化N呈耦合趋势，结果表明，NH4+固定对于平衡NH4+-N的活化和固定起着至关重要的作用，在今后的研究中应予以考虑。　　较低的土壤肥力水平（非常低、低和中等）和较高的施氮率导致较低的NUE，增加了氮在可能涉及环境污染的环境中的风险。在农田肥力管理中也应尽量避免过量施用化肥，过量施用化肥不但增加生产成本，也不一定能提高作物产量，而且还会破坏农田生态环境。因此提出，增加土壤有机物质的供应可能增加土壤微生物活性和土壤氮的有效性，最终减少对化学氮肥的依赖。土壤氮的优化管理对作物生产和环境保护至关重要。　　这项研究表明，增加土壤有机物质的供应可能增加土壤微生物活性和土壤氮的有效性，最终减少对化学氮肥的依赖。