半干旱和干旱地区占黄土高原总土地面积的60%以上,旱作农业对于保障我国粮食安全至关重要。覆膜栽培作为抗旱保墒的耕作措施,目前已经得到大力推广,成为干旱半干旱区粮食增产的重要手段。但随着作物产量的提高和经济效益的扩大,覆膜栽培体系中氮肥大量施用,导致氮肥利用率降低,土壤中硝酸盐大量累积,增加淋失风险造成土壤硝酸盐深层累积与地下水污染。因此研究覆膜栽培体系适宜的氮肥管理措施,对于该体系可持续发展具有重要的意义。本研究从土壤氮素初级转化速率角度出发,定量研究玉米不同生育期以及不同降雨情况下土壤氮素转化过程,理解土壤氮素转化过程与氮去向,尤其氮损失之间的互作关系,并在此基础上探讨氮肥调控的有效措施,为提高覆膜体系氮素利用率,减少氮素损失,维持旱作雨养农业可持续发展提供科学依据。研究结果表明:（1）通过在苗期、拔节期、孕穗期和灌浆期采集表层土样,对其进行室内15N同位素成对标记培养,以及在成熟期进行15N同位素野外原位培养,发现土壤氮素初级矿化速率和自养硝化速率决定了土壤无机氮形态。初级矿化速率、自养硝化速率、净硝化速率在玉米生育期内不同月份之间,均呈现先增高后减小的趋势,土壤水分是其动态变化的关键因素。垄沟覆膜处理比平作不覆膜处理的净硝化速率低,硝态氮固持速率以及DNRA并未有显著性差异,说明相对于平作不覆膜处理,垄沟覆膜处理下的土壤硝态氮产生速率较小。但垄沟覆膜处理土壤硝态氮含量与玉米不同生育期的吸氮量均显著高于不覆膜处理,说明垄沟覆膜体系可能减少了氮素损失,使更多的氮素保留在土壤中,这是垄沟覆膜体系具有的独特的保氮-供氮作用。（2）采集玉米拔节期土壤,设置不同模拟降水事件,以不降水处理为对照,进行室内15N同位素成对标记培养发现随着土壤含水量增加,垄沟覆膜较平作不覆膜土壤的氮素转化速率（初级矿化过程、自养硝化过程）变化程度更平缓。大暴雨事件（100%WHC）中,平作不覆膜处理土壤氮素的初级矿化速率显著增加,更易产生硝态氮,而在极端降雨条件下,可能提高土壤中硝态氮淋溶的风险,且垄沟覆膜处理土壤在降水事件中,硝态氮固持速率更高。这说明垄沟覆膜体系较平作不覆膜体系具有更好的保氮功效,不易受到极端降雨事件的影响。（3）基于不同玉米生育期和不同降水事件下的土壤氮素初级转化特征,结合2015年不同施肥量和施肥方式的产量以及种植前后的土壤硝态氮变化量,以及2016-2020年5年玉米产量分析,建议不仅5月份施肥,6、7、8月按照N/M比例追肥;施肥种类为缓控释肥,施肥方式是垄上施肥,具体施肥量根据种植前土壤硝态氮本底值进行确定。