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华北平原既是中国重要的冬小麦、夏玉米和大豆等粮食作物生产基地,也是化肥施用量最高的区域之一。施肥在带来作物增产的同时也产生了严重的环境代价,如何在实现作物高产的同时降低作物施氮带来的环境代价是华北地区急需解决的重要问题。本文通过冬小麦-夏玉米不同施氮量试验和农户跟踪监测,采用养分流动模型和地理信息系统工具,系统地研究村域冬小麦-夏玉米以及冬小麦-大豆这两种典型种植模式的作物施氮的增产效应和农田氮素排放特征及其主要影响因素,探讨农田氮素排放的削减途径及其减排潜力,以期对该区域大面积实现粮食作物增产、养分资源高效利用、环境污染风险防控以及农业可持续发展等提供依据。主要研究结果如下:（1）与N0处理相比,N158、N225、N270、N293四个处理冬小麦增产率分别为6.1%、7.3%、7.3%和7.0%,夏玉米增产率分别为23.5%、30.9%、32.1%和25.5%。冬小麦、夏玉米分别在N225、N270处理下产量最高。适量施氮可以显著提高作物产量,但过量施氮不利于作物产量的提高。从表观氮素盈亏项来看,各处理的表观氮素盈余量随施氮量的增加而增加,在冬小麦季,除N0处理表现为氮素亏缺外,其它各施氮处理均表现为氮素盈余,在夏玉米季,N0和N158处理表现为氮素亏缺,N225、N270和N293处理表现为氮素盈余。（2）不同处理0-200 cm土壤硝态氮累积量表现出在冬小麦季增加和夏玉米季降低的特点,且各土层深度的硝态氮含量随施氮量的增加而增加。冬小麦基肥后,N0处理和N225处理的累积氨挥发量分别为0、3.2 kgN/hm2,N225处理的氮肥损失率为2.9%。冬小麦追肥后,N0处理的氨挥发量为零,其他各施氮处理的累积氨挥发量基本表现为:N270>N225>N270不浇水,其值分别为31.7、27.8、26.5 kgN/hm2,氮肥损失率分别为23.5%、24.7%、19.6%。夏玉米基肥后,各处理的累积氨挥发量基本表现为:N270>N225>N0,其值分别为31.6、24.5、11.0 kgN/hm2,N270和N225处理的氮肥损失率分别为7.6%、6.0%。（3）冬小麦季的氮素排放以氨挥发为主,其次为硝态氮淋洗,氧化亚氮的排放量相对较少。夏玉米季的氮素排放以硝态氮淋洗为主,其次为氨挥发,氧化亚氮的排放量相对较少。大豆地块氨气挥发强度和氧化亚氮排放强度均低于5 kgN/hm2。（4）在冬小麦季,施氮量每增加100 kg/hm2,氨挥发强度、氧化亚氮排放强度、硝态氮淋洗强度分别增加9.6、0.3、2.0 kgN/hm2;灌水次数每增加一次,氧化亚氮排放强度、硝态氮淋洗强度分别增加0.1、1.7 kgN/hm2。在夏玉米季,施氮量每增加100kg/hm2,氨挥发强度、氧化亚氮排放强度、硝态氮淋洗强度分别增加12.6、0.9、30.5kgN/hm2;灌水次数每增加一次,硝态氮淋洗强度增加18.6 kgN/hm2。在大豆季,施氮量每增加100kg/hm2,氨挥发强度和氧化亚氮排放强度分别增加3.1、0.9 kgN/hm2;灌水次数每增加一次,氨挥发强度、氧化亚氮排放强度分别增加0.6、1.2 kgN/hm2。（5）新安村2016-2017年冬小麦、夏玉米、大豆的氮素排放强度高达99 kgN/hm2,其中冬小麦季氮素排放强度最大,为53.2 kgN/hm2,夏玉米季次之,为43.9 kgN/hm2,大豆季的氮素排放强度最小,仅为1.9 kgN/hm2。通过优化施氮量、播期、灌水次数、打药次数等管理措施提高作物产量,进而可以削减作物的氮素排放,其中,冬小麦的减排潜力为1.9 kgN/hm2,夏玉米的减排潜力为2.4 kgN/hm2,大豆的减排潜力为0.5kgN/hm2。通过将冬小麦-夏玉米轮作转变为冬小麦-大豆轮作,可以削减的氮素排放潜力为40 kgN/hm2,同时作物种植的利润降低43 yuan/hm2。（6）在高产的管理措施下,通过降低冬小麦-夏玉米施氮量和灌水次数可以削减农田的氮素排放。在冬小麦季施氮量从234 kg/hm2降低到184 kg/hm2时,每降低10kg/hm2,产量分别降低15、44、72、101、130 kg/hm2,村域氮素排放强度分别减少0.7、0.6、0.5、0.4、0.3 kgN/hm2;灌水次数从7次降低到2次时,每减少1次,产量分别降低50、246、443、639、835 kg/hm2,村域氮素排放强度分别减少3.8、3.8、1.8、1.8、1.5 kgN。夏玉米季施氮量从180 kg/hm2降低到130 kg/hm2时,施氮量每降低10kg/hm2,产量分别降低12、36、59、83、106 kg/hm2,村域氮素排放强度分别减少2.3、1.7、1.1、0.4、0.1 kgN/hm2;灌水次数从2次降低到0时,每减少1次,产量分别降低296、1425 kg/hm2,村域氮素排放强度分别减少1.1、1.0 kgN/hm2。综上,通过优化作物管理方案提高作物产量、在一定范围内降低施氮量与灌水次数、改变作物种植模式,均可以削减农田氮素排放。