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近年来许多研究认为土壤中N的δ15N自然丰度可以反映土壤N来源及其在土壤中的变化，同时也可作为土壤管理过程中N素转变及N素来源变化的指标。其理论基础是在各生化反应过程中，14N比15N优先参与反应，结果是剩余的未参加反应的基质富集15N，这一过程被称为同位素的分馏。也就是说，肥料(有机或无机)在土壤中所经历的每一生化反应过程(包括矿化、硝化、反硝化、挥发及淋失)均可产生同位素的分馏，分馏的程度(分馏强弱)决定于所参与的每一生化过程。
本研究利用中国科学院栾城农业生态系统试验站和中国农业大学曲周试验站长期肥料试验，通过对不同肥料处理条件下土壤全N、有机质含量、δ15N值及作物各部分的δ15N值的观测，了解土壤和植株中δ15N值对历史施肥(有机肥、化肥)的响应状况，揭示δ15N在土壤和作物中的分配变化规律，探索肥料一土壤一作物间δ15N值的内在联系。
得到以下主要结论：
1)土壤中全N含量在0-40cm处随土壤深度增加不断减少，除最大N肥用量600Kg/公顷之外，随着施肥量的增多，土壤全N含量随之呈线性增加，并随时间逐渐提高；配施P、K肥后，土壤综合肥力增加了土壤的有机质含量，提高了土壤全N含量，两者随历年变化逐渐升高，并且显著高于1997年开始试验前土壤的本底值。
2)各试验小区土壤的有机质含量随着深度增加而降低；随施肥量增多而增加。增加m肥后，0-30cm土壤有机质含量均高于不施m肥处理；增加秸秆还田后，0～20cm处的土壤有机质含量得到提高。
3)土壤全N的δ15N值在3‰以上，0～40cm土壤的δ15N均随深度增加而增加，明显高于大气中N2的δ15N值。无论是有机肥还是无机肥的施肥处理，土壤全N的δ15N随着施肥量增加，均呈显著的线性增加，土壤δ15N值和有机肥施入量的变化关系为：y=1.04x+3.316(R2=0.99,P＜0.01)；和无机肥施入量的变化关系为y=0.1166x+2.916(R2=0.975,P＜0.01)。
4)N肥施入量较低时，配施P、K肥土壤δ15N值降低。所有处理增加m肥后，0-10cm和10-20cm土层的δ15N均高于不施m肥处理。秸秆覆盖还田使土壤的δ15N值显著降低。
5)各处理土壤全N的δ15N呈现时间变异性。除最高施肥量600Kg/公顷处理中土壤全Nδ15N没有高于土壤的本底值，其余处理均高于相应1997年土壤的本底值。
6)作物各个部位的δ15N明显低于土壤的δ15N，玉米植株根的δ15N最低。各部分δ15N值随着施入肥量的增加，呈显著的增加趋势，无论施N量高低，配施P、K肥对作物各部分δ15N值的影响比较一致，根部的δ15N值比相同施氮量处理高，茎叶和籽粒部分的δ15N值降低，以茎叶部分最为显著。增加m肥后，小麦植株各个部位的δ15N均有升高；增加秸秆还田后，小麦植株各个部位的δ15N均降低，作物对土壤中δ15N值有良好的响应。