现代农业系统氮肥利用率很低,施入肥料的氮素约有20%以硝酸盐的形式损失而未被植物吸收,导致资源浪费的同时也对环境和人类健康带来压力。特别是在集约化蔬菜生产系统中,由于高强度施肥和灌溉以及蔬菜根系发育不完全,硝酸盐淋洗非常严重。因此,系统研究缓解硝酸盐淋失的策略对于设施农业植物氮素利用效率的提升和农业系统面源污染的缓解具有重要意义。本研究首先利用¹⁵N标记技术揭示农业土壤硝态氮的形成与转化过程及其相关微生物调控机制,进而设计单作和间作种植模式,寻找低氮素淋失、高氮素利用效率的间作模式。最后,大田实验验证选取的间作模式对硝酸盐淋失的阻控效果,同时通过设置网格和PVC板处理探究间作模式阻控硝酸盐淋失的机理。研究主要产生以下的结果:（1）三种土壤施尿素后,中性高碳氮土壤由AOB驱动的硝化和nir S型菌驱动的反硝化导致高NO₃^-淋失和高N₂O排放,而两种酸性土壤的硝化和反硝化则分别主要由AOA和nir K型菌驱动。（2）浅根系辣椒与深根系的苜蓿和玉米间作的种植做法依赖于增强深土层的根系养分吸收增加氮素利用率。尤其是辣椒/玉米间作模式显著减缓了硝酸盐淋失,氮素吸收和利用比单作增加了28%。（3）在田间种植的辣椒/玉米间作模式能够显著减缓氮素损失。繁茂的植物根系和AOB驱动的硝化对土壤NO₃^-固持在25-50 cm土层中具有重要作用。辣椒/玉米间作体系可能主要通过根系之间的生态位互补增强养分吸收,从而增加土壤氮素利用效率,有效减弱表观氮素损失。总之,辣椒/玉米间作模式依靠根系的养分偏好互补增强养分吸收,有效阻控硝酸盐的淋失,对减缓设施农业面源污染具有较好的应用前景。