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化肥是农田生态系统中最主要的输入性氮，化肥施用影响了土壤氮循环过程以及土壤氮库的相互转化和稳定性。然而，目前关于肥料来源氮是如何结合到土壤各有机氮库、在土壤中的分布规律以及季节性动态变化等鲜有报道。因而，本文以中国科学院沈阳生态试验站(41°32N，122°23E)的潮棕壤为研究对象，通过在田间微区施用高丰度15N同位素标记化肥-硫酸铵，采用稳定同位素-色谱质谱联机技术(LC/GC-MS)和同位素比例质谱技术(EA-C-IRMS)并结合土壤颗粒分级技术，研究了化肥及其配施玉米秸秆处理下标记肥料氮在土壤0-20cm层次不同形态有机氮库的季节性动态变化以及年际间粒级库中的稳定性。结果表明:
在一个生长季内施肥对土壤各形态有机氮的影响不同，水解性氨受施肥的影响比较显著，而氨基酸氮的含量相对稳定。化肥氮施入到土壤初期主要以土壤氨基酸态氮的形式残留于土壤中，其次以水解性氨的形式残留;随后两次追施氮肥后发现，追施的化肥氮主要以水解性氨的形式残留，在生长末期，该部分残留的化肥氮可被迅速释放供作物吸收;在整个生长期残留化肥氮在氨基酸库的含量稳定，并且成熟期后化肥氮主要残留在氨基酸库中。通径分析结果进一步表明，化肥氮在向土壤氮库转化过程中，水解性氨起到了“临时库”的作用，氨基酸则起到了“过渡库”的作用。通过对不同种类氨基酸的分析发现，氨基酸的代谢类型不同对化肥氮的转化残留作用不同，这与氨基酸的电负性没有显著关系，发现天冬氨酸族的氨基酸对化肥氮的转化显著。
与单施化肥相比，配施玉米秸秆有增加土壤总氮含量的趋势，但短期内并未呈现显著差异。在组分水平上，秸秆配施增加了土壤氨基酸和氨基糖氮的含量，却没有增加肥料氮在土壤0-20cm层次各有机氮库的残留，成熟期时单施化肥处理下肥料氮在土壤中的残留率达到6.9％，秸秆配施处理下的残留率为4.9％。可见，虽然秸秆配施化肥处理没有增加肥料氮在0-20cm层次的残留，但是秸秆配施通过影响土壤原有有机氮的转化而提高了表层土壤有机氮的保持;秸秆加入改变了肥料氮在土壤氮库中的分配以及与土壤原有有机氮的相互作用。
一季肥料施用后残留肥料氮在土壤中不断发生变化，研究结果发现在第二、三年成熟期土壤0-20cm层次中肥料氮含量增加，可能的原因是残留在土壤的前一季作物根茬中的肥料氮被分解释放，或者是深层土壤中的肥料氮向上迁移导致，具体的原因还有待以后进一步深入研究。同时发现，第二年和第三年成熟期秸秆配施化肥处理下土壤中残留的肥料氮含量低于单施化肥处理，可见秸秆配施对肥料氮在土壤中的残留以及分布产生了显著的影响。
肥料氮在土壤粒级库的稳定性与各粒级库中矿物颗粒吸附有机质的能力大小有关，粘粒中肥料残留氮的稳定性最强，库容最大，其他两个粒级相对较弱，但砂粒中肥料氮的相对富集程度最大;同时发现秸秆配施降低了肥料残留氮在不同有机氮组分的粒级分布强度，各粒级中肥料氮的转化率低于单施化肥处理。
不同粒级库中各微生物群落利用肥料氮进行新陈代谢的能力不同，肥料氮在各氨基单糖中的APE均表现为砂粒级中最大，说明砂粒中微生物利用肥料氮速率最大，肥料氮的可利用性大。进一步发现真菌利用肥料氮产生的细胞残留物在砂粒中分布强度最高，细菌残留物在粘粒中分布强度最高，表明小粒级中细菌代谢作用旺盛。
通过三年成熟期肥料氮在各氨基酸的APE大小比较发现，肥料氮在氨基酸中的转化存在着由大粒级向小粒级迁移的可能性，各氨基酸中肥料氮在小粒级的富集是一个缓慢的过程。肥料氮在氨基酸的APE大小顺序为砂粒级＞粉粒级＞粘粒级，并且单施化肥处理＞秸秆配施化肥处理，说明在氨基酸库中肥料氮在大粒级中转化较快，并且秸秆配施降低了肥料氮在氨基酸的转化;进一步分析发现，精氨酸、苏氨酸、脯氨酸、赖氨酸、酪氨酸，尤其是苯丙氨酸在各粒级对肥料氮的转化速率均较高。
综上所述，利用稳定同位素结合土壤颗粒分级技术研究肥料氮在土壤中的转化以及稳定机制，我们发现微生物同化作用对肥料氮的初期转化较明显，较多的肥料氮转化进土壤氨基酸库中;大量追施的肥料氮被土壤矿物迅速固定，在作物需氮高峰期这部分残留的肥料氮作为有效氮源释放;氨基酸在肥料氮转化及残留过程中起到了“过渡”库的作用，并且天冬氨酸族的氨基酸对肥料氮的转化作用较显著，氨基酸的电负性以及秸秆配施对此没有影响。秸秆配施影响了肥料氮在土壤粒级库中的分布特性，与单施化肥相比降低了肥料氮在不同有机氮组分的粒级分布强度。同时发现砂粒中肥料氮的微生物可利用性较大;不同微生物群落在各粒级代谢活性不同，真菌主要集中在砂粒中，细菌在小粒级中的代谢作用较旺盛。肥料氮在各氨基酸库的转化速率随着土壤粒径增大而增大;肥料来源的氨基酸氮在粒级库中存在着从大粒级向小粒级迁移的可能性，小粒级对肥料氮的富集过程较缓慢。