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氮肥施用是维持作物生长和提高作物产量的重要农艺措施。氮素在土壤中的迁移转化直接关系到氮肥的有效利用和环境效应，是农业、环境和生态科学的重要研究内容。当前，我国农田大量施肥和集中施肥的特点非常突出，导致土壤中养分明显积累，一些特定的区域如施肥点周围的微域内，养分浓度常几倍乃至十几倍于一般的土壤条件。在这样的条件下，氮素等养分的转化特征具有明显的特异性。研究这些特定区域条件下的养分转化特征，将可为深入了解肥料养分在土壤中的转化机制、并制订科学合理的管理措施提供理论依据。
本论文选择东北黑土和湖北潜江水稻土做为供试土壤，布置模拟土柱试验观测肥料氮素在土柱剖面中的迁移动态，并按照土柱剖面中养分浓度水平设置不同的肥料用量，研究肥际养分浓度下不同种类肥料和养分配比组合处理的氮素转化特征及环境因素(温度、水分)的影响。
采用室内模拟土柱方法，布置不施肥对照、3倍常规尿素用量、3倍常规硫铵用量处理，通过动态采样、密集切片方法观测培养过程中土柱剖面的NH4+-N、NO3--N以及水溶性总氮(TDN)含量变化，研究黑土和水稻土中肥际微域的氮素迁移转化特征。结果表明，不同土壤类型和不同种类肥料处理间肥料氮素的迁移转化特征有明显差异。对照处理中(不施肥)土柱剖面各层次间NH4+-N和NO3--N含量的差异不明显，整个培养期间变化不大。施肥后，土壤氮素迁移转化主要发生在肥土界面0～50 mm土层内。施用尿素后，黑土中表层0～50 mm土层内NH4+-N、NO3--N含量相比不施肥处理分别升高了-2.01～6064.18 mg/kg、-1.95～902.21 mg/kg，平均为1810.27 mg/kg、260.66 mg/kg，施用硫铵后升高了-1.99～8682.57 mg/kg、-2.20～142.56 mg/kg，平均为2649.79 mg/kg、57.03 mg/kg。水稻土中施用尿素后升高了-17.14～5352.46 mg/kg、-48.81～947.02 mg/kg，平均为2012.68 mg/kg、236.82 mg/kg，施用硫铵后升高了-12.09～10293.71 mg/kg、-47.29～1037.26 mg/kg，平均为2650.65 mg/kg、298.12 mg/kg。且各处理中氮素含量变化最大均发生在培养开始后的前14天内。黑土中尿素处理的平均硝化率是硫铵处理的0.65～8.79倍，水稻土为0.50～3.29倍，表明尿素处理中氮素的转化速率较硫铵处理高。黑土和水稻土中不施肥处理土壤TDN含量相近，变化范围分别为27.04～77.45 mg/kg和58.14～93.50 mg/kg。施肥后，土壤TDN含量迅速升高。黑土中施用尿素后土壤TDN含量是不施肥处理的1.85～151.47倍，施用硫铵后为1.50～203.10倍。水稻土中施用尿素是不施肥处理的1.45～23.33倍，施用硫铵后为0.94～53.05倍，表明施用硫铵后土壤TDN含量明显高于尿素处理。
按照土柱剖面养分浓度水平，设置0 mg N/kg、120 mg N/kg、600 mg N/kg、1200 mg N/kg四个不同肥料用量梯度，通过动态采样方法观测培养过程中NH4+-N、NO3--N含量变化，研究肥际养分浓度下不同肥料种类和养分配比组合处理(两种氮磷钾肥配比处理、复合肥、缓释肥)的氮素转化特征。结果表明，不同处理中硝化作用均主要发生在培养开始后的14天内。其中，培养前7天内，600 mg N/kg养分浓度处理中硝化速率最高，黑土中硝化速率变化范围为3.52～6.87 mg N/kg·d，水稻土中为12.64～48.22 mg N/kg·d。培养第7～14天内，硝化速率随养分浓度升高而升高，黑土中从5.52mg N/kg·d到32.34 mg N/kg·d，水稻土中从0.35 mgN/kg·d到29.85 mg N/kg·d。不同肥料处理间硝化速率差异明显，整体表现为：尿素>NPK-1、NPK-2>复合肥>缓释肥>CK，黑土中培养第14天时各处理的硝化速率分别为29.12 mg N/kg·d、23.40 mg N/kg·d、22.75 mg N/kg·d、11.66 mg N/kg·d、6.97 mg N/kg·d，水稻土中培养第7天时各处理的硝化速率分别为19.69 mg N/kg·d、18.04 mg N/kg·d、18.00 mg N/kg·d、16.84 mg N/kg·d、12.55mg N/kg·d。氮、磷、钾肥配施及复合肥的施用延缓了土壤氮素的转化速率；缓释肥在整个培养期间，养分缓慢释放，含量变化不大。两种土壤类型之间，水稻土平均硝化速率比黑土高0.72～12.25 mg N/kg·d，平均高8.33 mg N/kg·d，表明水稻土中氮素转化速率更快。
设置0 mg N/kg、120 mg N/kg、600 mg N/kg、1200 mg N/kg四个不同肥料用量梯度，布置不同温度(15℃、25℃、35℃)和土壤含水量(30％、60％、100％饱和持水量)处理，通过动态采样方法观测培养过程中NH4+-N、NO3--N含量变化，研究肥际养分浓度下环境因素(温度、含水量)对肥料氮素转化过程的影响。结果表明，温度和水分含量变化对土壤氮素转化速率的影响存在交互作用。培养温度为15℃时，各水分处理的土壤硝化速率表现为60％饱和持水量>100％饱和持水量>30％饱和持水量，硝化速率分别为6.31 mg N/kg·d、3.82 mg N/kg·d、0.34 mg N/kg·d。25℃时表现为100％饱和持水量>60％饱和持水量>30％饱和持水量，硝化速率分别为15.16 mg N/kg·d、9.97 mg N/kg·d、0.49 mg N/kg·d。35℃时表现为100％饱和持水量>60％饱和持水量>30％饱和持水量，硝化速率分别为12.21 mg N/kg·d、9.40 mg N/kg·d、0.82 mg N/kg·d。培养温度较低时，60％饱和持水量下土壤硝化速率最高；而温度较高时，则100％饱和持水量下土壤硝化速率最高。总体而言，在一定范围内，土壤硝化速率随水分含量和温度的升高而升高。另外，土壤硝化作用对温度变化的敏感性在不同温度和水分条件下有所不同。培养过程中，在T<25℃时，土壤硝化作用Q10值平均为2.11；在T>25℃时硝化作用Q10值平均为1.13。在30％饱和持水量、60％饱和持水量、100％饱和持水量处理中，土壤硝化作用Q10值分别平均为1.78、1.29、1.79。表明在低温和过干或过湿的水分条件下，土壤硝化作用对温度变化更为敏感。