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农业生产是温室气体的重要排放源,如何既减少温室气体排放又保证粮食产量,是农业可持续发展面临的重要科学问题。本研究选取北方农牧交错带内蒙古武川县旱作马铃薯田为研究对象,基于田间试验和室内土壤微生物实验,定量研究不同施肥、水分以及种植方式对温室气体(N20和CH4)排放和农田产量的影响,提出合理的旱地马铃薯田减排增产协同机制和种植模式。主要研究结果如下：(1)早地马铃薯田N20年排放总量为0.76±0.06kgN/ha,旱地农田是N20的源。旱地马铃薯田N20的排放主要由氨氧化细菌控制。N20的排放量随施肥量的增加而显著增加,在一定温度范围内,随温度的增加而显著上升。在较低的土壤湿度范围内,N20的排放量随土壤含水量的增加而增加。轮作处理的N20排放量仅为连作处理的34.4-52.4%。采用覆膜处理的N20累计排放量仅为不覆膜的56.4-72.1%。(2)旱地马铃薯田CH4年排放总量为-0.57±0.04kgC/ha,旱地农田是CH4的汇。在一定施肥量的范围内,CH4的排放量呈先增加后减少的趋势；在一定温度范围内,CH4排放量随温度的增加呈显著下降趋势,随土壤含水量的增加呈先减少后增加的趋势；轮作处理比连作处理能减少CH4的排放量的50%。覆膜处理CH4累计吸收量为不覆膜的74.1-84.3%。基于以上分析,初步提出了影响武川旱地马铃薯田CH4排放因素的概念机理和统计分析模型。(3)随着施肥量的增加,马铃薯产量呈显著的先增加后减少趋势；作物产量也随耗水量的增加呈现先增加后减少趋势。施肥与水分利用效率呈二次函数关系。通过计算施肥量和水分供给量对产量影响的回归方程,最佳水肥投入量为施氮肥量82.7kg/ha,水分供给量262.8mm,此时产量最高(19780.2kg/ha)。(4)轮作种植比连作种植的马铃薯产量要高20.5-23.9%。采用覆膜比不覆膜产量下降了13.5-18.0%。轮作的耗水量均高于连作,覆膜和不覆膜耗水量差异不显著。采用轮作种植比连作可以显著提高10.5-16.5%的水分利用效率,而不覆膜处理水分利用效率则显著高于覆膜处理。(5)随施肥量增加温室气体排放系数显著上升,采用轮作的温室气体排放系数明显低于连作,采用覆膜的温室气体排放系数低于不覆膜。施用高氮肥会显著降低农业气候智能指数。采用轮作的农业气候智能指数是连作的约2倍,采用覆膜的农业气候智能指数与不覆膜差异不显著。通过计算施肥量和水分供给量对农业气候智能指数影响的回归方程,最佳水肥投入量为施氮量40.0kg/ha,水分供给量253.8mm,此时的农业气候智能指数最高(0.047kg·gCO2-e-1)。