秸秆还田是维持和培育地力的重要措施,是保持农业可持续生产的重要手段。研究长期秸秆还田对土壤物理、化学、生物学过程的作用及其对土壤氮固持与释放的影响具有重要意义。本研究以重庆北碚、湖南望城和江西进贤3个长期定位试验为基础,选取不施肥(CK)、长期施用化肥(NPK)、长期施用化肥配合秸秆还田(NPKS)三个处理,采用室内模拟试验比较耕层(0~20 cm)和亚耕层(20~40 cm)土壤对铵态氮吸附与释放的差异;利用传统土壤物理化学方法结合16S RNA测序技术,研究长期秸秆还田影响土壤物理、化学、微生物群落结构及多样性的区域差异,明确长期秸秆还田土壤氮固持与释放的主要影响因素;以望城试验点土壤为材料,采用室内灭菌与非灭菌培养方式,利用15N同位素示踪技术研究土壤氮矿化与固持特征及其对不同外源氮的响应,深入探讨土壤氮固持与释放的物理-化学-生物学影响机制。主要研究结果如下:1与长期不施肥相比,长期单施化肥和秸秆还田配施化肥显著降低了望城试验点和北碚试验点耕层土壤的pH值。长期秸秆还田配施化肥显著提高耕层和亚耕层土壤有机质、全氮、铵态氮、硝态氮、速效磷、速效钾含量,尤其是在双季稻轮作的望城和进贤试验点,秸秆还田提升土壤养分效果显著。各试验点不同处理土壤中优势菌属均为硝化螺旋菌属,长期秸秆还田配施化肥提高了各试验点硝化螺旋菌属比例。其中,望城、北碚试验点土壤硝化螺旋菌属比例明显高于进贤试验点。主成分分析结果显示,稻麦轮作(北碚)与双季稻轮作(望城、进贤)的土壤微生物群落结构差异较大,而同样是双季稻轮作的望城和进贤试验点的土壤群落结构差异相对较小。2长期秸秆还田对土壤氮素吸持特征的影响存在区域间差异。耕层土壤结果表明,望城和北碚试验点各处理土壤对铵态氮的吸附能力表现为CK>NPK>NPKS;而进贤试验点不同处理的土壤对铵态氮吸附和解吸能力差异不明显。各试验点耕层土壤对铵态氮的吸附、解吸量均高于亚耕层土壤,且不同处理的亚耕层土壤对铵态氮的吸附、解吸特征无明显差异。北碚试验点两个土层的土壤对铵态氮吸附量显著高于另外两个试验点,同时氮素解吸表现出明显的滞后现象,吸附量减少386.79~1291.78mg/kg,降幅达41.65%~63.50%。3在望城试验点分别采取NPK和NPKS处理的耕层土壤进行灭菌与非灭菌培养试验。研究结果表明,添加等氮量的15N尿素(Urea)、秸秆(Straw)和秸秆+15N尿素处理(Urea+Straw)均显著提高土壤铵态氮和硝态氮含量,表现为Urea>Urea+Straw>Straw>对照。其中,灭菌条件下的土壤铵态氮含量在培养30~130天期间维持在较高水平,向硝态氮转化过程受阻,其硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮含量较低;而非灭菌条件下各处理微生物氮和可溶性有机氮分别于培养20天和30天时达到最大值,添加外源氮处理均显著高于对照,以Urea+Straw处理对可溶性有机氮的增加效果最为显著。加入外源氮素时,与长期单施化肥的土壤相比,长期秸秆还田配施化肥的土壤对铵态氮、硝态氮、微生物氮和可溶性有机氮的提升效果均达到显著水平。与Urea处理相比,Urea+Straw处理的土壤中15N铵态氮所占比例降低16.01~20.85%,灭菌条件下15N铵态氮所占比例在培养的0~30天内显著高于不灭菌条件下相应处理。研究结果表明,在长期定位试验土壤基础上添加不同外源氮能显著提高土壤对铵态氮的吸附能力,以添加秸秆效果最好,秸秆配施尿素次之,对照吸附量和解吸量最低,灭菌降低了土壤对铵态氮的吸附、解吸能力。