气候变暖对陆地生态系统中粮食产量及碳氮循环的影响已经成为科学界的研究热点之一。目前各国模拟气候变暖条件对农田生态系统冬小麦及土壤碳氮循环的影响研究还很少。本研究于2009年7月到2014年3月，通过红外辐射加热器对华北山前平原农田进行模拟增温（C表示对照温度，T表示土壤5 cm深处年平均增温1.5℃）和不同施肥处理(N0表示不施肥，N1表示施氮315 kg N ha-1y-1)实验，以冬小麦为主要生长作物，采用静态箱-气相色谱法研究农田土壤温室气体N2O、CO2和CH4的排放，采集土壤样品对碳氮循环中不同状态如NO3-N、NH4-N、微生物量CN、全N、有机质进行测量分析。目的在于:(a)明确模拟增温与施氮对华北平原冬小麦生育期和产量的影响。(b)调查N2O、CO2和CH4排放的动态变化特征及其对增温施氮交互作用的响应。(c)探索农田中增温与施氮对土壤中不同碳氮状态的影响。为预测未来农田生态系统冬小麦生长及土壤碳氮循环对全球变暖的响应提供数据支持。　　结果表明:　　1.红外辐射加热器的增温效果在小麦生长季期间，在土壤5、10、15、20和40cm深处，施氮条件下，增温处理比对照小区的月平均温度分别提高2.0、2.2、1.8、1.7和1.6℃;不施氮条件下，增温处理比对照小区的月平均温度分别提高1.9、2.0、1.8、1.7和1.3℃。在2009.7到2014.3期间，土壤5cm的年平均温度分别是16.1℃（增温）和14.6℃（对照）。增温处理后，土壤5cm深处增温幅度在冬季最大(3℃)，夏季最小(1℃)，土壤表层温度最大，随土壤深度加深而减小。　　2.增温对土壤含水量的影响在小麦季，增温显著降低了土壤体积含水量。在施氮处理下，增温使小麦抽穗期前的土壤体积含水量分别在10、20、40和60cm土壤深度显著降低9.3、3.9、2.4和1.2％，在不施氮处理下，增温使小麦抽穗期前的土壤体积含水量分别在10、20、40和60cm土壤深度显著降低5.9、1.4、1.3和1.2％。在2009.7到2014.3期间，增温显著降低了施氮条件下的土壤5cm年平均含水量(P＜0.05)，分别是16％(N1T)和21％(N1C)。增温对不施氮条件下的年平均土壤含水量没有显著影响。　　3.增温对小麦生育期和产量的影响2008.10-2012.6小麦生长期间，增温平均缩短了小麦生育期7天。其中，返青期缩短了12-18天，而拔节期、抽穗期和成熟期都略微延长1-6天。在3个正常气候年份(2009，2011和2012年)，增温导致施氮条件下的小麦产量分别降低6％、39％(P＜0.05)和12％，增温导致不施氮条件下的小麦产量分别降低33％、7％和10％。在偏冷多雪的异常气候年份（2010年），增温导致施氮处理的小麦产量提高31％，不施氮处理的小麦产量提高1％，但并不显著。增温增加了小麦株高和千粒重，但是降低了亩穗数。可见增温降低冬小麦产量，主要是因为增温降低了亩穗数，而亩穗数的降低是由于土壤含水量降低造成的。施氮条件下，增温对小麦产量的降低幅度比不施氮条件下的大。这说明在高温高氮条件下，增温促使小麦长势旺盛，对水分有更大的消耗量，同时也提高了蒸散量，加剧了土壤水分的流失，从而增大了产量降低的幅度。在偏冷多雪年份，水分不是限制因子，所以增温提高了小麦产量。由此可以推断，如果小麦生长期间灌溉水分充足，适度增温会使小麦增产。在增温和对照条件下，施氮肥都显著提高了小麦籽粒和茎秆中的全氮含量。　　4.增温施氮对N2O排放及土壤氮素的影响在2009.7到2014.3期间，每周采集田间气体测量N2O，2012年9月起每年3、4、6和9月采集土壤样品。实验结果发现，施氮条件下，增温使春、秋、冬季的平均N2O排放通量和小麦季及年度累积N2O排放通量显著降低。不施氮条件下，增温对N2O排放没有显著影响。自然温度条件下，施氮显著增加了N2O排放总量;增温条件下，施氮对N2O排放总量没有显著影响。　　施氮条件下，增温显著降低了土壤全氮和有机质，提高了NO3-N、NH4-N和脲酶活性;不施氮条件下，增温没有改变土壤和小麦中的全氮以及土壤有机质，也没有改变土壤NO3-N、NH4-N和脲酶活性。增温条件下，施氮提高了NO3-N、NH4-N和脲酶活性;对照条件下，施氮有提高NO3-N、脲酶活性、降低NH4-N的趋势，但是差异并不显著。　　在年度尺度上，N2O排放与土壤温度和土壤含水量都显著正相关，土壤含水量对N2O排放的影响远远超过了温度的影响。由增温造成的含水量降低，使得干燥土壤释放的N2O减少。经分析，温度、氮肥、作物类型、年度差异以及氮肥和温度的拮抗交互作用是控制N2O作物季累积排放量的主要因素。N2O年排放量的降低，一方面是由于增温施氮处理加速了作物生长发育，加剧了蒸腾作用和水分的流失，使土壤含水量显著降低;另一方面，增温施氮处理降低了土壤全氮和有机质，促进了N的矿化和硝化作用，提高土壤中无机N的含量，促进植物吸收更多的NO3-N，从而减少N2O的排放。　　5.增温施氮对土壤CO2、CH4排放及土壤微生物量的影响本区域是CH4的汇。CH4的吸收与排放没有明显的季节变化趋势。在小麦季，增温和施氮都降低了CH4的累积吸收量，可能是因为增温引起的土壤干旱限制了甲烷氧化菌的活性。由于夏季频繁高强度的降雨，造成CH4的夏季吸收量有巨大变异，所以在年度尺度上，增温和施氮都没有显著影响CH4的年累积吸收量。CH4的排放与温度负相关，但是温度仅能解释5％的变异。在N0处理中，CH4的吸收与土壤NH4-N正相关。增温通过提高NH4-N浓度而抑制了甲烷氧化菌的活性。　　土壤CO2排放有明显的季节趋势，排放高峰在夏季。虽然增温和施氮都有提高年、季CO2累积排放量的趋势，但是差异未达显著水平(P＞0.05)。平均每年增温条件下的土壤呼吸累积总量比对照条件下高55～93g CO2 m-2。虽然在N0条件下，土壤呼吸与微生物量C显著正相关(P＜0.05);在N0和N1条件下，土壤呼吸与土壤5cm温度显著正相关（P＜0.05），但是，增温和施氮并没有显著影响微生物量C。增温与施氮对CO2累积排放量的增加，没有达到显著水平，可能是因为1）增温引起的干旱对微生物活性和C循环过程的限制作用与增温本身对微生物活性和C循环过程的促进作用相互抵消;2）土壤有机质及土壤呼吸过程对1.5℃的增温幅度产生适应性;3）自养呼吸与异氧呼吸对增温的响应是相反的。增温提高了裸地季的异氧呼吸，降低了大豆季的自养呼吸。研究表明增温与施氮没有对土壤呼吸产生交互作用。　　土壤微生物量C(MBC)在3月达到最高，10月最低。增温和施氮都没有改变MBC的浓度，也在大部分时间里对微生物量N(MBN)没有显著影响。