温室气体引起的全球变暖和平流层臭氧损耗是当今重大的全球性环境问题。CO₂、CH₄、N₂O是三种最主要的温室气体，农田生态系统是重要的温室气体排放源。研究管理措施对农田温室气体排放的影响及其机理是编写温室气体排放清单的基础，是制定合理的减排措施的前提，具有重要意义。为研究管理措施（氮肥施用、种植制度和耕翻措施）对农田土壤呼吸、N₂O和CH₄排放的影响，采用静态暗箱-气相色谱法对典型农田生态系统的土壤呼吸、N₂O和CH₄排放情况进行了三年的长期定位观测。田间试验分三个轮作年进行，2002-03年水稻-小麦轮作周期主要研究氮肥施用对农田土壤呼吸、N₂O和CH₄排放的影响，2003-04玉米／大豆／水稻-小麦轮作周期主要研究不同的种植制度和耕翻措施对农田土壤呼吸和N₂O排放的影响，2004-05玉米／水稻-小麦轮作周期主要研究不同耕翻深度及不同种植制度对农田土壤呼吸和N₂O排放的影响。为研究土壤呼吸的各个组分，采用根生物量外推法对土壤呼吸的各个组分进行了区分，并对根呼吸的影响因素进行了分析。为了解中国陆地生态系统土壤呼吸的时空变异规律及驱动因子，进行文献调研，分析了气候和土壤因子对土壤呼吸的影响并对土壤呼吸进行了初步模拟。结果表明：1．化肥氮施用促进土壤呼吸及N₂O排放，但高氮施用对稻田CH₄排放有抑制作用。冬小麦基肥（2002／11／09）、返青肥（2003／02／14）和拔节肥（2003／03／26）施用后12～15天内土壤呼吸速率明显高于对照，特别是拔节肥（2003／03／26）施用对于土壤呼吸的促进作用比前两次施肥更加明显；就整个测定时段而言，不同施氮水平间的平均土壤呼吸速率无显著差异。麦田N₂O直接排放系数高于稻田，分别为1.68％和1.10％。三年轮作周期的N₂O直接排放系数为1.22％。施用高氮(450 kg·hm^-2)的稻田CH₄排放约为施用低氮稻田(150 kg·hm^-2)的25％。2．种植不同作物的农田土壤呼吸和N₂O排放量均存在显著差异（P＜0.001）。玉米田土壤呼吸速率最高，大豆田次之，水稻田最低，玉米田、大豆田和稻田的季节性平均土壤呼吸速率分别为168.3、123.6、72.6 mg C·m^-2·h^-1。种植不同作物对农田N₂O排放量亦有显著影响，玉米田季节性N₂O排放量最高，水稻田次之，大豆田最低，三者季节性平均N₂O排放速率分别为59.4、231.9、68.3μg N₂O-N·m^-2·h^-1。在种植冬小麦的农田，季节性N₂O排放总量与冬小麦产量之间的关系可用对数方程拟合（R²=0.84，P＜0.001，n=18），季节性N₂O排放总量与冬小麦地上部生物量之间的关系同样可用对数方程拟合（R²=0.87，P＜0.001，n=18）。3．深耕农田的土壤呼吸明显高于不耕农田；不耕没有造成土壤N₂O排放量的显著增加。不同耕翻措施下的土壤呼吸季节变异规律基本一致。在前茬作物为水稻的田块，深耕（25 cm）比不耕（0 cm）处理显著增加了土壤呼吸量，从2003-04小麦生长季以及2004-05年玉米-小麦轮作周期来看，不耕与耕翻12 cm深度条件下的土壤呼吸没有显著差异。不同耕翻措施下的N₂O排放的季节变异规律也基本一致。保护性耕作措施没有造成土壤N₂O排放量的显著增加，也没有减少作物产量。4．随土壤深度增加，农田土壤呼吸速率、硝化速率均逐渐下降；土壤呼吸和硝化作用均与根生物量有极显著的指数相关关系。耕翻显著提高了表层（0～7 cm）土壤的呼吸速率，但对硝化-反硝化作用无显著影响。在前茬种植水稻的麦田，其土壤硝化速率高于前茬作物为玉米的麦田。根生物量是影响土壤剖面中呼吸作用和硝化作用的重要因子，土壤呼吸速率与根生物量的关系可用指数方程描述（R²=0.593，P＜0.001，n=27），硝化速率均与根生物量也呈指数相关关系（R²=0.587，P＜0.001，n=24）。在施用尿素条件下，硝化作用在农田土壤氮素转化和N₂O产生中起主导作用。5．土壤温度和湿度是影响旱田土壤呼吸和大豆、玉米田N₂O排放的主要因素，土壤温度、湿度及叶面积指数（LAI）是影响麦田N₂O排放的主要因素。土壤温度和湿度是影响旱田土壤呼吸季节性变异的主要因素，基于土壤温度的统计模型可解释43.1％的农田土壤呼吸季节性变异，而考虑土壤湿度的影响可进一步提高模拟效果，以这两个因子建立的统计模拟方程可以解释54.1％的土壤呼吸季节性变异。根系的参与增加了土壤呼吸作用。根系氮含量和土壤湿度可以模拟约96.6％的冬小麦根呼吸系数变异，这两因子可以解释96.8％的小麦根呼吸变异。土壤温度、湿度是影响玉米、大豆田N₂O排放季节性变异的主要因素，土壤温度、湿度及叶面积指数（LAI）是冬小麦田N₂O排放季节变异的主要因素。6．表土（0～20 cm）有机碳含量、年降水量、年均气温是影响中国陆地生态系统土壤呼吸时空变异的主要因子。所有环境因子中，年土壤呼吸量与年总降水量的单因子相关关系最明显（R²=0.44，P＜0.001，n=86）。年土壤呼吸量与年均降水量也存在线性相关关系（R²=0.30，P＜0.001，n=86）。农田和草地生态系统表土全氮含量与其土壤呼吸量之间均存在极显著相关关系，但在森林生态系统无类似规律。年土壤呼吸量与表土有机碳含量、年降水量、年均气温的关系可用逐步线性回归方程描述（R²=0.67，P＜0.001，n=86）。本研究发现，麦田N₂O排放不仅与氮肥施用量有关，而且与作物生产也有相关性，由于作物产量和生物量随施肥量的增加而增大，同时不同的管理措施对作物生产也有影响，那么对特定的农田生态系统而言，作物生产指标比氮肥施用量可以更好的描述N₂O的季节性排放总量。本研究还证明，在前茬种植水稻的麦田，保护性耕作措施（不耕）比深耕可显著减少土壤CO₂排放量，但并没有显著增加N₂O排放量。本研究通过大量的原位观测资料对中国陆地生态系统土壤呼吸时空变异的驱动因子进行了分析，阐明除气候因素外，土壤有机碳含量也是影响其变异的重要因子。结论：化肥氮施用促进土壤呼吸及N₂O排放，但高氮施用对稻田CH₄排放有抑制作用。种植不同作物的对土壤呼吸和N₂O排放均有显著影响。深耕农田的土壤呼吸明显高于不耕处理。农田土壤呼吸速率、硝化速率均随土壤深度增加而逐渐下降。土壤温度、湿度是影响旱田土壤呼吸和大豆、玉米田N₂O排放的主要因素，土壤温度、湿度和叶面积指数是影响麦田N₂O排放的主要因素。有机碳、降水、气温是影响中国陆地生态系统土壤呼吸时空变异的主要因子。