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氮是作物生长必需的大量营养元素,施用氮肥是维持作物高产稳产最常用的措施,但氮肥的过量施用会造成氮肥利用率低,并引发了严重的环境污染问题。因此,如何提高氮肥利用率一直是农业生产长期关注的热点。东北黑土区是我国重要的粮食生产基地,长期不同施肥造成了差异较大的土壤肥力水平。因此,了解在高产条件下,氮肥利用率与土壤肥力的定量关系,以及不同肥力水平下土壤氮矿化潜力和动态过程的差异,对于合理施用氮肥、提高氮肥利用率和减少氮肥损失至关重要。本研究依托我国黑土长期定位试验,选择土壤肥力水平差异较大的5个土壤,进行15N示踪田间盆栽试验,设置不同的施氮量梯度,建立玉米氮肥利用率与土壤肥力的定量关系;并选择三个不同的培养温度15、25和35℃进行土壤氮矿化培养试验,从土壤氮矿化潜力和动态过程等方面揭示氮肥利用率的差异机制。主要研究结果如下:1)玉米产量与土壤肥力综合评价指数(IFI)、施氮量比值(NR)均呈显著正相关,可用公式Yield=6037+4210×NR+4908×IFI(R2=0.694,P<0.001)进行定量描述。2)玉米氮肥利用率与土壤肥力综合评价指数(IFI)呈显著正相关,与施氮比(NR)呈显著负相关,可以用多元一次方程15NUE=44.77+5.88×IFI-7.02×NR(R2=0.7036,P<0.5)进行定量描述。3)在相同的培养条件下,土壤氮矿化量随土壤肥力水平的提高而增加,以35℃培养结果为例,5个不同肥力水平土壤氮矿化潜势分别为215.16、243.00、245.12、304.54和305.75 kg/ha;氮矿化的动态过程与玉米地上部积累氮的动态过程,时间上相吻合,且肥力越高,土壤氮矿化的动态值与玉米氮素积累量吻合度越高。根据玉米产量和氮肥利用率与土壤肥力综合评价指数(IFI)和施氮量比值(NR)的定量关系,分析土壤肥力和施氮量的相对贡献比例,可以得出,要到达玉米高产和提高氮肥利用率,培肥和提升耕地的肥力水平,是减肥增效的首要任务。