土壤呼吸是土壤微生物和植物根系呼吸产生的CO2从土壤释放到大气的过程,是全球碳循环的一个重要组成部分。CO2从土壤释放到大气中主要经历产生和传输两个过程。前人的研究主要集中在地表CO2通量。然而,地表CO2通量不能提供土壤CO2产生源分布和季节变化的信息,难以探讨土壤CO2的产生和环境因子的关系。本研究以冬小麦-夏玉米农田为研究对象,通过连续监测2011-2012年不同层次土壤CO2浓度、温度、水分和孔隙度,利用浓度梯度法估算了土壤不同层次CO2产生速率及通量,并进一步探讨了冬小麦季土壤不同层次CO2产生速率的日变化和季节变化规律及其与土壤温度和水分的关系、秸秆还田对土壤不同层次CO2产生速率的影响以及夏玉米季孔隙度变化对估算土壤CO2产生量的影响。主要研究结果如下：第一,在冬小麦生长季,0-30cm土层CO2产生量垂直分布表现为随土壤深度逐渐降低。地表C02累积释放量为6748kg CO2-Cha-1,0-10cm、10-20cm、20-30cm和>30cm土壤CO2累积产生量分别为3601kg ha-1、2364kg ha-1、267kg ha-1和518kg ha-1,分别占地表CO2通量的53%、35%、4%和8%。在日单位尺度上,各个层次土壤CO2产生速率和土壤温度的变化规律相似,但是0-10cm土壤CO2产生速率比土壤温度提前2-3h到达峰值。在季节尺度上,土壤温度的日变幅和土壤CO2产生速率的日变幅却表现出不一致的规律。在冬小麦生长季,不同时期土壤C02产生对土壤温度和水分响应不同。前期(DOY89-133),土壤CO2产生速率主要受温度控制,后期(DOY134-175)主要受到土壤水分控制。0-10cm最大土壤CO2产生速率的土壤含水量范围低于10-20cm。因此,通过浓度梯度法不仅可以估算出地表CO2通量,而且得到了土壤不同层次的CO2产生速率,揭示了地下CO2的产生过程。第二,在冬小麦返青后,秸秆还田(RTS)处理累积地表CO2通量比清茬(RT)处理高3058kg ha-1,增加的地表C02通量主要来自0-10cm土壤CO2产生量的增加。与RT相比较,RTS处理秸秆还田增加了所有层次的土壤CO2产生量,但是各个层次土壤CO2产生量所占总CO2释放量的比例基本一致：0-10cm、10-20cm、20-30cm和>30cm累积土壤CO2产生量占累计地表CO2通量的比例分别为57%和53%、28%和35%、6%和4%、9%和8%。不同层次土壤CO2累积产生量和对应层次的土壤有机碳浓度成线性相关,表层土壤有机质的差异可能是造成RTS和RT土壤不同层次CO2产生量差异的主要原因。在前期和整个生长季,0-10cm和10-20cm的土壤CO2产生速率的温度敏感性(Q10)都是RTS处理大于RT,表明虽然秸秆还田增加了表层土壤有机碳,但是这部分碳可能更容易受到温度变化的影响重新释放到大气中去。第三,在夏玉米生长季,土壤孔隙度从耕作后(φi=0.49m3m-3)到收获(φf=0.43m3m-3)呈逐渐降低趋势。在利用浓度梯度法估算土壤CO2产生量时,与φy(通过在夏玉米生长季7次测定孔隙度,拟合出孔隙度随时间的变化曲线)估算的土壤充气孔隙度、土壤气体扩散系数和土壤CO2产生量相比较,用固定φf估算的值分别平均低6%、11%和22%；用固定φi估算的值分别平均高17%、36%和70%；而φ%计算的地表CO2通量最接近于气室法测量值。因此,采用φV提高了浓度梯度法估算土壤CO2通量和产生量的准确性。综上所述,利用浓度梯度法不仅可以得到地表CO2通量的动态,而且还能估算土壤CO2产生速率,更利于分析土壤不同层次CO2产生的变化规律及其与土壤水分和温度的关系,有助于探讨农田管理方式(如秸秆处理)对土壤CO2产生源的影响。本研究也表明估算土壤CO2产生量时,需要考虑孔隙度的变化。这些结论对于更深入地了解土壤呼吸过程,尤其是地下cO2的产生和传输过程具有重要的理论意义和应用价值。