稻田排水落干可改善土壤的氧化还原状况，提高土壤的Eh值，抑制水稻根际有毒物质的积累，有利于提高微生物的活性，加速有机物质的分解和养分的释放，N矿化增加。干湿交替中土壤中N矿化过程还会受不同施肥处理的影响，刘艳丽等[17]研究发现，在干湿交替整个过程中，总N的含量没有明显变化，无机态N含量有变动；在干湿交替的干燥过程中，无机态N含量有明显的降低。此外，干湿交替结束后，土壤N矿化速率对干湿交替无延时性响应[18]。
2.2 硝化和反硝化
土壤的硝化-反硝化作用是土壤中氮素转化的重要过程。硝化作用是在有氧的条件下，NH4+-N在微生物的作用下转化为NO3--N的过程，即NH4+→NO3-；反硝化作用是在缺氧的条件下，反硝化细菌还原硝态N，释放N2或N2O的过程，即NO3-→NO2-→N2，两个作用过程相互影响。刘学华[19]研究表明，与恒湿、干旱、淹水组土壤相比，干湿交替组更有利于NO3--N含量的累积，干湿交替促进NH4+-N向NO3--N转化，增强了硝化作用。在干湿交替灌水初期，大量的水使土壤通气性变差，土壤的反硝化作用加大，氮素会快速流失，在逐渐干旱的过程中，积累反硝化所需的氮素。干湿交替对硝化-反硝化的影响即影响土壤的氧化还原能力，土壤中含水量增加，O2减少时，抑制需氧的硝化作用，厌氧的反硝化作用增强[20]。水分是影响土壤中硝化-反硝化作用的重要因素，土壤含水量为田间持水量的80%对硝化作用有一定抑制作用；40%的含量明显抑制土壤硝化作用的进行；60%的含量是进行土壤硝化作用的合适水分含量[21]。陈志刚等[22]研究发现在不同的水分管理模式下，土壤水分含量大小为：连续灌溉>干湿交替>控水模式，反硝化势也具有同样的变化趋势。与恒湿土壤相比，干湿交替处理的土壤每次复水均能刺激NO3--N量增长，更有利于NO3--N含量的积累。
3 影响机理
3.1 土壤物理性质
3.1.1 土壤团聚体结构 土壤团聚体是在干湿冻融交替等自然物理过程或蚯蚓等生物过程的作用下，矿物颗粒和有机物形成不同尺度大小的多孔单元，是土壤养分的贮存库和各种微生物的生存环境[23]。土壤团聚体内颗粒有机质是维持团聚体稳定的重要物质，而干湿交替在一定程度上会对团聚体的稳定性造成影响。干湿交替会降低团聚体的水稳定性，能将土壤大团聚体破碎成小团聚体，在团聚体内受物理保护的有机质被暴露出来XQ3DRv8POPz9ZN1pDIkfkaBBP1bUxoX4NZSrI7jyGx0=，则矿化程度就会增加。因此，土壤团聚体结构对土壤有机质起到物理性保护作用，可以避免土壤有机质的迅速降解，使土壤有机质更多地截获在土壤中。Denef等[24]研究发现，多次使土壤暴露于干湿交替环境可以促进团聚体的稳定性而不是团聚体的破坏，并且认为干湿循环破坏大团聚体且在短期内阻止小团聚体的形成，但是最终将导致大团聚体重新形成。与微团聚体结合，有机质可以受到团聚体的保护，不易被矿化分解。有研究发现，随着干湿交替次数的增加，砂土、壤土和粘土这三种土壤的微团聚体总量影响各不相同，砂土和粘土的最终含量明显上升；其中对于不同粒级的微团聚体影响较大，出现上下波动的情况[25]。
3.1.2 土壤胀缩性 土壤在干湿交替过程中会发生胀缩现象，随着土壤含水量的改变，土壤容积也会随之改变，干燥过程中收缩，湿润时膨胀[26]。在干湿交替过程中，土壤容积随含水量的变化包括水平和垂直两个方面，即土壤表面的下陷和上移以及裂隙的产生和封闭，不仅影响土壤的结构与质量，同时水分和溶质还会通过收缩裂隙优先运移到下层土壤和地下水中，导致水分、养分的损失及地下水污染[26，27]。
3.2 土壤生物性质
3.2.1 微生物 土壤微生物参与多种生化反应，在土壤C、N循环的中扮演分解者的作用，能加快C、N循环的速度，有利于C、N循环的快速进行；能将动植物遗体分解并转化为CO2释放到空气中或者转化成碳酸盐释放到土壤中被植物利用。土壤中的有机质经过微生物分解可以被植物再次利用，为其提供营养元素。同时，土壤微生物可以储备植物的有效养分，对土壤C、N等养分的有效性及其在地上、地下的循环特征方面起着调控作用，土壤微生物的活性和数量共同反映了土壤同化和矿化能力的大小[28]。干湿交替对氮素的激发效应来源于微生物迅速的新陈代谢，土壤氮库须通过土壤微生物的矿化作用，将有机N转化为可吸收的有效N；长时间的落干后灌溉时，给土壤微生物提供了良好的条件，硝化作用剧烈，土壤中微生物含量和硝态N的量都呈上升趋势；随着水含量的再次降低，大量微生物死亡，导致土壤微生物量C、N降低[29]。
有研究发现，多重干湿交替处理能够显著提高土壤的矿化作用，因缓慢的干旱使得土壤中大部分微生物得以存活，且在复水后的数小时内进行快速生长代谢。复水刺激了微生物的大量繁殖，使得土壤中的溶解性有機C能够被微生物在短时间内分解矿化，满足自身生长繁殖的需要[6]。在干燥过程中土壤无机态N随微生物生物量的增加而降低，淹水过程中随微生物生物量的降低而增加；干湿交替过程中好氧和厌氧微生物交替及其周转速率使得土壤有机C矿化增加；水稻土慢速干燥过程中促进了微生物的生长和活性的提高，增强了土壤有机质的矿化速率[18]。