氧化亚氮(N2O)是一种存在时间长、作用潜力大的温室气体，每年因为化学氮肥的施用而排入大气中的N2O约150万吨，占每年人类活动排入大气中的N2O总量的44%。小麦-玉米两熟制被认为是农业系统集约化的成功范例，而生产中氮肥等资源的投入在提高小麦-玉米复种体系作物生产力的同时也产生并排放了大量的N2O等温室气体。尤其是普遍过量施用的氮肥是农田土壤N2O排放最主要的驱动因素。秸秆还田有改良土壤、增肥、增产的作用，作为主要的农田管理措施之一，已经受到广泛关注并被应用到了农业生产实践当中。然而秸秆还田对农田土壤N2O排放的影响还存在较大争议，因此需要深入的研究秸秆还田以及不同还田量对小麦-玉米复种体系N2O排放的影响，并明确秸秆还田下施氮、作物生长等因素的影响作用及其影响大小。本研究通过大田试验量化分析秸秆还田量、作物生长以及施氮等因素对农田土壤N2O排放的影响及其交互作用，并通过模型结合的方法探索秸秆还田下氮肥调控减少N2O排放的途径。本研究于2013-2017年在山东农业大学的岱岳区实验站和作物生物学国家重点实验室进行，经历了完整的4个小麦-玉米周年。在传统施肥量条件下设置5个不同秸秆还田量处理(不还田、25%还田、50%还田、75%还田和全还田)，并在秸秆全还田的条件下设置包含过量施氮的5个施氮量处理(小麦季和玉米季均不施肥、小麦季施肥80kgNha-1+玉米季施肥150kgNha-1、小麦季施肥160kgNha-1+玉米季施肥300kgNha-1、小麦季施肥240kgNha-1+玉米季施肥450kgNha-1和、小麦季施肥320kgNha-1+玉米季施肥600kgNha-1)，同时每个处理均设置不种植作物的对照。主要研究结果如下：
　　1.秸秆还田对农田土壤N2O排放的影响
　　增加秸秆还田量对玉米季N2O累积排放量的影响大于小麦季。小麦季，C0到C100处理，N2O累积排放量分别为1.01-1.74kgha-1、1.04-1.83kgha-1、1.07-1.93kgha-1、1.09-2.01kgha-1和1.11-2.06kgha-1，不同处理间的差异不显著。玉米季，秸秆不还田处理(C0处理)的N2O累积排放量为3.78-6.60kgha-1，显著小于秸秆还田处理(C25-C100处理)的3.91-8.77kgha-1。整体上秸秆还田增加了小麦-玉米周年的农田土壤N2O累积排放量，但是不同还田量处理间的N2O累积排放量差异不显著。随着还田量的增加，秸秆还田对农田N2O排放的影响率(SIP)逐渐增大，C0到C100处理，还田量每增加25%，SIP分别增大2.98-8.23%、2.38-7.73%、2.43-6.81%和1.65-5.96%。随着还田周年的推进，SIP也呈现增大的趋势。C0到C100处理，2013-2014年周年SIP为2.98-9.43%，2014-2015年的为4.10-12.74%，2015-2016年的为7.23-26.17%，2016-2017年的为8.22-28.73%。
　　2.秸秆还田下作物生长对农田土壤N2O排放的影响
　　相对于不种植作物的农田，作物生长减小了农田土壤N2O排放。C0到C100处理，小麦生长分别减小农田N2O排放量分别为0.08-0.26kgha-1、0.09-0.32kgha-1、0.10-0.38kgha-1、0.12-0.45kgha-1和0.13-0.51kgha-1；玉米生长分别减少农田N2O排放量分别为0.70-0.83kgha-1、0.82-1.17kgha-1、0.97-1.54kgha-1、1.13-1.88kgha-1和1.34-2.33kgha-1。较相同条件下不种植作物农田，随着秸秆还田量的增加，作物生长引起农田土壤N2O累积排放量的减小量逐渐增加。秸秆不还田的条件下，小麦和玉米生长对农田土壤N2O排放影响率(GIP)的绝对值分别为7.20-13.53%和10.86-15.60%。GIP随着生育期的进行呈增大的趋势，其大小与还田量呈显著的线性相关关系。
　　3.秸秆还田下施氮对农田土壤N2O排放的影响
　　小麦季和玉米季N2O累积排放量均随着施氮量增加而增大，且增加施氮量对玉米季农田土壤N2O排放的影响程度明显大于小麦季。N0-N4处理，小麦季的N2O累积排放量分别为0.66-1.43kgha-1、0.89-1.66kgha-1、0.99-2.10kgha-1、1.17-2.44kgha-1和1.41-2.67kgha-1；玉米季的N2O累积排放量分别为0.34-0.71kgha-1、2.84-7.67kgha-1、4.98-10.61kgha-1、7.21-21.29kgha-1和8.60-29.21kgha-1。相同施氮量水平下，N2O的氮肥排放系数在不同小麦季、玉米季和周年均表现出显著差异，分别为0.12-0.42%、1.30-4.48%和0.94-3.15%。N0到N4处理，单位生物量和单位产量的N2O排放量分别为0.04-1.30gkg-1和0.09-2.68gkg-1，且同一周年内玉米季的单位生物量和单位产量N2O排放量大于小麦季。农田土壤N2O排放影响率(NIP)随施氮量的增加呈线性增加。
　　4.秸秆还田下施氮对作物生长及其交互作用对N2O排放的影响
　　秸秆还田下，不施氮农田的作物生长对农田土壤N2O排放影响率(GIP)与作物的生物量和N吸收量呈显著相关关系。施氮促进了作物生长和产量增加，施氮量、作物生育时期及其交互作用不但与作物生物量和氮素吸收量有极显著的相关性，也均与N2O排放有极显著的相关性。小麦生长能够显著影响小麦季N2O累积排放。玉米季N2O累积排放与玉米的氮素吸收量和产量均呈极显著的正相关关系，与生物量也呈显著的正相关关系。作物生长对农田土壤N2O排放的影响与氮素吸收有显著的相关性，土壤氮素与土壤N2O排放也呈显著的正相关关系。通过相关性分析发现，N0处理的N2O排放仅与土壤NH4+-N含量有显著正相关性。N1和N2处理的N2O排放与不同土层的NH4+-N、NO3--N和有效氮含量均呈极显著正相关关系。N3和N4处理的N2O排放与不同土层的NH4+-N和有效氮含量均呈极显著正相关关系，与0-20cm和20-40cm土层的NO3--N含量也呈极显著正相关关系，但是与N3处理40-60cm土层中的NO3--N含量呈显著正相关关系，与N4处理的40-60cm土层中的NO3--N含量没有相关性。
　　5.APSIM模型对不同氮肥管理情景的模拟
　　秸秆还田下，N0到N2处理，随着施氮量的增加，小麦和玉米生物量、产量均显著增加，施氮量大于N2(小麦季160kgha-1，玉米季300kgha-1)处理时，增加施氮量不能显著促进作物生物量积累和产量的增加，但能够显著增加N2O排放。而结合模型模拟，在不减产的前提下，可以将试验测得的施氮量阈值从460kgha-1减小到420kgha-1(小麦季210kgha-1，玉米季210kgha-1)。并且通过氮肥调控，增加小麦季施肥量并相应减少玉米季的施肥量，在玉米产量不显著减少的条件下，保证周年产量，可以进一步减少农田土壤N2O排放。