土壤碳氮过程对大气温室气体如CO₂和N₂O收支起着十分重要的角色。微生物参与的硝化和反硝化作用是土壤产生N₂O的最主要生物过程,分析两者对于土壤N₂O排放的相对贡献率,探究耕作措施对它们的影响,有助于理解农田土壤N₂O产生的机理和过程。另一方面,土壤呼吸作用是当前全球碳循环研究的热点之一,加强典型旱作土壤呼吸作用研究有助于了解农田生态系统碳循环过程。此外,探究农田土壤碳氮过程的相关性对于认清土壤CO₂和N₂O产生的本质具有十分重要的意义。 气压过程分离法BaPS系统是一种新型的研究旱地土壤碳氮转化规律的仪器,根据密闭、恒温、绝热空间内压力、CO₂和O₂浓度的变化,计算土壤的总硝化速率、反硝化速率以及呼吸速率。本文采用BaPS方法测定了冬小麦、大豆和夏玉米生长季旱作土壤的硝化-反硝化速率、呼吸速率;用气相色谱仪同步监测了实验期间BaPS系统内的N₂O、CO₂气体浓度;用常规方法测定了相关的土壤要素和生物要素。主要目的是探讨旱地农田土壤硝化、反硝化过程及呼吸作用的规律;作物根系生长和耕作措施对土壤硝化作用和呼吸作用的影响;以及土壤呼吸与硝化作用的相互关系。 本文的主要结果为: 1.麦田土壤硝化速率随冬春季的温度有明显的季节变化,生长季后期速效氮含量耗竭引起硝化速率下降;与翻耕相比,不耕促进土壤硝化作用,降低了土壤中速效氮的含量;与前茬种植大豆相比,前茬作物水稻促进了后季麦田土壤硝化-反硝化作用。 2.大豆、玉米田土壤硝化速率的季节动态与土壤含水量（WFPS）的变化密切相关,硝化速率的最适宜土壤含水量为30～50%WFPS。根系生长影响土壤硝化速率,可以用线性方程描述大豆、玉米根区土壤的硝化速率随根系生长的季节变化动态。 3.小麦生长季N₂O排放主要来自于硝化作用（贡献率为88.3%）,反硝化作用的贡献率很小;大豆、玉米种植下硝化作用是土壤N₂O排放的最主要来源,反硝化速率处于检测限之下。土壤N₂O排放速率受降雨事件影响,土壤水分升高引起N₂O排放峰。当土壤N₂O排放量较小时(<2.0μgN·kg^-1·h^-1),土壤N₂O排放速率与硝化速率呈指数正相关关系。施肥和较高的硝化速率使得玉米田土壤N₂O排放高于大豆田。大豆和玉米根区土壤N₂O排放速率大于非根区,植物根系参与促进了土壤N₂O排放。