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探索作物高产和资源高效相协调的农业可持续发展道路,是保障国家粮食安全和保护环境的迫切需求。根系作为吸收养分和水分的重要器官,通过调控根系生长有可能提高作物对养分的利用效率,实现高产与养分高效吸收的协同。土壤条件对根系建成有重要影响,为了明确不同土壤类型上氮素对玉米产量及根系生长的调控作用机制,进一步定量化土壤环境与根系生长、根系生长与地上部干物质及氮素累积的关系,在吉林省梨树县3种土壤类型条件下,通过4年(2009-2012)定点试验研究了氮素调控对玉米根系生长的影响及其与植株吸氮量和产量之间的关系。结果表明:1、土壤类型显著影响玉米产量,其中冲积土最高,黑土次之,风砂土最低,分别为10.2、9.2和6.4 t ha-1,三种土壤类型产量的年际间变异系数分别为7.8%、13.4%和59.1%,冲积土和黑土的产量稳定性明显高于风砂土。年际间玉米产量差异显著,2009和2011年的产量明显低于2010和2012年。土壤类型间氮肥的增产效果各异,其中风砂土最高,黑土次之,冲积土最低,分别为4.2、3.8和3.0 t ha-1。三种土壤类型上最佳产量分别为10.9、10.0和7.3 t ha-1,对应的施氮量分别为182、173和160 kg ha-1。2、根系生长受土壤类型、氮素因素影响,在整个生长过程中,冲积土上玉米根系生长状况明显好于黑土和风砂土,当施氮量为168-240 kg N ha-1时,玉米单株总根长达到最大,施氮量增加或降低,总根长都会减少。3种土壤类型上,吐丝期根系生长达到最大,且土壤类型间差异显著,冲积土0-60cm土层总根长与总干重最大,分别为383 m plant-1和21 g plant-1,黑土和风砂土较低且无明显差异,分别为261 m plant-1和19 g plant-1,250 m plant-1和18 g plant-1。3、0-60土层土壤硝态氮含量与吐丝期玉米单株总根长具有显著的抛物线相关关系,相关方程为Y=-0.324x2+7.433x+273.8,通过方程计算得出最大根长为316 m plant-1,对应的土壤硝态氮含量为12 mg kg-1。根长与土壤硝态氮含量的相关系数尽管达到显著水平(P<0.05),但是只有0.12,说明年际间气候条件,土壤环境条件等因素对这种相关关系也有显著的影响,其中冲积土上0-60土层土壤硝态氮含量与吐丝期玉米单株总根长的抛物线相关关系较黑土和风砂土稳定。4、吐丝期玉米单株总根长与地上部氮素累积及产量具有明显的抛物线相关关系,其中根长与吐丝期地上部生物量、氮素累积量的相关方程为Y=-0.048x2+46.5x-1962,且最大生物量、吸氮量对应的根长为485 m plant-1,相关系数为0.30达到极显著水平(P<0.01);根长与成熟期玉米籽粒产量、地上部氮素累积量的相关方程为Y=-0.059x2+56.6x-2784,且最大生物量、吸氮量对应的根长为480 m plant-1,相关系数为0.28达到极显著水平(P<0.01)。该相关关系受土壤类型和施氮量的影响,在冲积土和风砂土上,吐丝期根长与吐丝期地上部干物质及氮素累积量、成熟期玉米籽粒产量及地上部氮素累积量具有明显的相关性,而黑土上没有。施氮量对该相关关系的影响表现为当施氮量低于240kg ha-1时,该相关关系明显,当施氮量增加时相关关系不存在。5、2009-2012连续4年的土壤-作物系统氮素表观平衡结果显示,土壤类型显著影响氮素表观矿化量,其中冲积土最高,黑土次之,风砂土最低,分别为116 kg ha-1 yr-1,82 kg ha-1 yr-1和46 kg ha-1 yr-1。相同氮素投入条件下,玉米连作4年后不同土壤类型间收获后0-200cm土层无机氮残留量差异显著,其中黑土最高,冲积土次之,风砂土最低,分别为242 kg ha-1、204 kg ha-1和154 kg ha-1。土壤类型间氮素表观损失比例差异明显,冲积土与风砂土明显高于黑土。不同施氮处理间氮素表观平衡情况各异,与施氮量为312 kg ha-1处理相比,N168处理的氮素残留量及氮素表观损失量分别降低97和451 kg N ha–1,氮肥利用率提高17%,氮肥农学效率和氮肥偏生产力分别提高10 kg kg–1和25 kg kg–1。