众所周知，粮食作物的田间生产环节是温室气体和活性氮的重要排放源。除此之外，前期的农业生产资料的加工环节以及后期作物籽粒的加工运输过程都有一定量的温室气体和活性氮的排放。粮食作物整个生命周期生产过程中的温室气体和活性氮的综合评价，即碳足迹法和活性氮足迹法，能够更加准确地定位温室气体和活性氮的关键排放环节，从而有利于有效减排措施的制定。然而，目前应用碳氮足迹的方法同时评价我国粮食作物温室气体和活性氮排放及其减排潜力的研究尚未开展。因此，本研究以水稻、小麦及玉米三大主粮作物为研究对象，以生命周期评价法为指导，采用“以点（田间尺度）到面（国家尺度）”的研究模式，首先，通过田间观测试验结合经验模型分析我国太湖地区水稻-小麦轮作系统的碳氮足迹的基本特点及其减排潜力;其次，运用国家统计数据结合经验模型分析我国水稻、小麦以及玉米生产过程的碳氮足迹的基本特点及其减排潜力;最后，运用数据荟萃分析分别评价七种化学氮肥优化管理措施和动物有机肥部分替代化学氮肥施用对于碳氮足迹的减排潜力实现的重要作用，初步获得了以下几点结论:　　(1)太湖地区传统管理措施下的水稻-小麦轮作系统的碳足迹和活性氮足迹分别为0.91kg CO2-eq kg-1籽粒和10.86gN kg-1籽粒。其中稻田CH4排放和氮肥生产、施用环节是碳足迹的主要贡献源;NH3挥发和氮径流是活性氮足迹的主要贡献源。通过三种减排措施的集合:氮肥的合理减量（将传统的化学氮肥用量减少20％）、轮作制度优化（将水稻-小麦轮作转换为水稻-蚕豆轮作）并结合蚕豆秸秆的好氧发酵后还田，能够将传统管理措施下的水稻-小麦轮作系统的碳足迹显著减少26％，活性氮足迹减少29％，温室气体和活性氮排放所造成的总环境损失降低42％，将净经济效益提高23％，而且水稻产量没有受到明显影响。其中，碳足迹降低的主要原因是蚕豆秸秆好氧发酵后能显著降低稻田CH4的排放量;活性氮足迹降低的主要原因是氮肥用量的直接减少;净经济效益提高的主要原因是蚕豆籽粒的市场价格显著高于小麦籽粒。本研究表明，通过合理的减排措施的集合能够在确保粮食安全的前提下，实现碳氮足迹的同时减排，进而有利于农业生产环境的可持续发展。　　(2)我国水稻（大米）、小麦（面粉）以及玉米（玉米饲料）生产过程的平均碳足迹分别为2.5，1.2和0.8kg CO2-eq kg-1食品，活性氮足迹分别为21.6，33.5以及30.8g Nkg-1食品。三大主粮作物食品的碳足迹和活性氮足迹之间具有显著的正相关关系，并具有显著的区域差异性。氮肥的生产、施用以及稻田CH4的排放是碳足迹的主要贡献源;NH3挥发以及氮淋溶/径流是活性氮足迹的主要贡献源。2001～2010年间，三大主粮作物食品整个生命周期生产过程中的温室气体总排放量为564(404～701)Tg CO2-eqyr-1，活性氮总排量为10(7.4～12.4)TgN yr-1，两者每年所造成的总经济损失高达3247亿元，约占我国年平均国内生产总值的1.4％。如果能够在减少化学氮肥用量20％的基础上实现籽粒产量增加5％，并进一步结合秸秆的非稻季还田以及采取中期烤田的水分管理措施（水稻），能够将三大主粮作物食品的碳足迹降低14.8～26.1％，活性氮足迹降低22.3～27.1％，将温室气体和活性氮的总排放量分别降低16.4％和22％，将总经济损失降低17.3％。采取合理的氮肥优化管理措施是实现这些减排潜力的关键。　　(3)与传统的氮肥管理措施相比较，七种化学氮肥优化管理措施（控释氮肥、硝化抑制剂、脲酶抑制剂、增加氮肥施用次数、降低基肥的施用比例、氮肥深施以及配方施用氮肥）能够显著提高我国三大主粮作物的籽粒产量1.3～10.0％，主要归因于对于作物地上部吸氮量(5.1～12.1％)和化学氮肥利用率(8.0～48.2％)的提高。而且，这些氮肥优化管理措施能够有效地降低温室气体和活性氮的排放，具体为:N2O排放量降低了5.4～39.8％，NH3挥发量降低了30.7～61.5％（硝化抑制剂的施用除外），氮淋溶降低了13.6～37.3％，氮径流降低了15.5～45.0％。需要引起注意的是，硝化抑制剂的施用显著提高了NH3挥发27.5％。成本收益分析的结果显示，这些氮肥优化管理措施产生的产量效益大于相应的成本投入，从而显著提高了净经济效益2.9～12.6％。因此，化学氮肥优化管理措施能够确保粮食安全，并能提高环境的可持续性和农民的经济收益，有助于碳氮足迹的减排潜力的实现。　　(4)与只施用化学氮肥的处理相比较，有机肥部分替代化学氮肥施用（总施氮量保持一致）显著提高了我国三大主粮作物的籽粒产量6.8％，并显著提高了作物地上部吸氮量6.5％和氮肥利用率10.4％。对于活性氮的排放而言，有机肥替代施用显著降低了NH3挥发23.0％，降低了氮淋溶25.8％，降低了氮径流26.7％。对于温室气体的排放而言，有机肥替代施用显著促进了稻田CH4的排放41.2％，促进了旱地（小麦和玉米）土壤CH4排放0.11kg CH4-C hm-2。与此同时，分别降低了N2O的排放量3.1％（稻田土壤）和12.0％（旱地土壤）（差异均不显著），并显著提高了土壤SOC的固定速率675和439kgC hm-2yr-1。就温室气体的净增温潜势而言，有机肥替代施用增加了（小麦和玉米）旱地土壤的碳汇，但同时增加了稻田土壤的碳源（主要归因于对稻田CH4排放的显著增加）。综合而言，有机肥部分替代化学氮肥施用能够确保粮食安全，降低活性氮损失而有利于降低活性氮足迹，并能提高土壤有机碳的储量而有利于降低碳足迹。为了进一步降低对于稻田CH4排放的促进效应并增加固碳潜力，应采取合理的有机肥管理措施，例如采用发酵后的有机肥进行化学氮肥的替代施用。