氮素是影响作物生长的重要限制因素之一,适量施氮可显著提高作物产量。但是不合理施氮会造成土壤酸化、土壤质量和肥力下降、地下水硝酸盐超标、温室气体排放增加等环境问题。旱地约占我国国土总面积的70%,旱作农业对保障我国粮食安全至关重要。冬小麦-夏玉米是我国重要的粮食作物,合理施用氮肥,提高旱地冬小麦-夏玉米产量,解决粮食安全问题,同时满足环境的可持续发展具有重要意义。因此,本研究以旱作冬小麦-夏玉米轮作体系农田为研究对象,通过两年的田间定位试验,查明在秸秆全量还田条件下,不同施氮水平下土壤剖面矿质氮、土壤有机碳、全氮、微生物量碳氮、水溶性有机碳氮等的分布特征及变化规律,以期为冬小麦-夏玉米轮作体系合理施氮提供依据,提高农业生产效益和减少农业生态环境污染。主要研究结果如下:（1）施氮显著影响土壤有机碳储量,合理施氮能显著提高土壤有机碳储量。通过两年试验,与试验前比较,不同施氮量(0、100、200、300和400 kg N hm-2)配合秸秆还田显著影响0-60 cm土层土壤有机碳储量,其增量分别为-3.57、-3.30、-1.24、2.29和-2.96 Mg hm-2,主要影响0-20 cm土层土壤有机碳。水溶性有机碳和微生物量碳与有机碳呈显著正相关。合理施氮显著提高0-20 cm土层土壤水溶性有机碳和微生物量碳含量;但作物生育期内由于施氮方式和环境因素等影响,不同施氮水平下活性有机碳组分分布特征规律不一。（2）施氮显著影响土壤全氮储量,随着施氮量增加,土壤全氮储量显著增加。经过两年试验后,不同施氮量(0、100、200、300和400 kg N hm-2)配合秸秆还田显著影响0-60 cm土层土壤全氮储量,其增量分别为-0.30、-0.25、0.29、0.68和0.72 Mg hm-2,主要影响0-20 cm土层土壤全氮。两年小麦季不同生育期0-20 cm土层N100、N200、N300和N400处理的平均土壤微生物量氮含量比N0处理分别高15%、6%、0%和-1%。由于施氮方式改变,导致两年玉米季不同生育期0-20 cm土层N100、N200、N300和N400处理的平均土壤微生物量氮含量比N0处理分别高-7%、-10%、-6%和-5%。（3）施氮显著提高土壤硝态氮含量和储量,而对土壤氨态氮含量和储量无显著性影响。经过两年试验,和N0处理相比,N300和N400处理0-200 cm土层土壤硝态氮储量显著增加,硝态氮向深层土壤（100-200 cm）下移明显。N0和N100处理0-200 cm土层土壤硝态氮储量有减少趋势,无明显硝态氮下移。而N200处理0-200 cm土层土壤硝态氮储量没有显著增加,同时无明显硝态氮下移。（4）施氮显著降低土壤碳氮比,经过两年试验后,土壤碳氮比下降值随施氮量增加而增加。但是受环境中的多种因素影响,施氮对土壤微生物量碳氮比影响规律不一。综上所述,在秸秆全量还田条件下,适量施氮(200～300 kg N hm-2)有效提高土壤碳氮库,增加土壤供氮能力,并降低土壤硝酸盐累积量和淋溶风险,有助于提高农田土壤质量和肥力,有利于提高研究区域冬小麦-夏玉米农田土壤可持续利用。