土壤呼吸作为陆地生态系统碳循环的一个重要组成部分,对大气CO2浓度有巨大影响。华北平原是我国主要粮食产区之一,氮肥过量施用的现象在华北平原普遍存在,这不利于农业生产的可持续发展。本论文在华北平原冬小麦-夏玉米轮作体系下,设置了四个施氮水平:N 0、120、180和240 kg?ha-1(分别记为N0、N12、N18和N24)。研究了施氮对土壤呼吸、土壤生化性质及产量的影响,并揭示了氮肥影响土壤呼吸的机制,最后提出了合理的施氮量,为优化华北地区农田施氮管理措施,实现土壤固碳减排、培肥土壤提供理论依据。主要结论概括如下:(1)施氮能够显著增强土壤总呼吸速率,且此影响随着施氮年限的增长而增加。N12、N18和N24处理的生长季平均土壤总呼吸分别较N0提高了19%、23%和29%。(2)土壤异养呼吸对土壤总呼吸的贡献率高于土壤自养呼吸。在整个测定过程中,N0、N12、N18和N24处理土壤自养呼吸对土壤总呼吸贡献率的平均值分别为39%、40%、44%和45%。这同时表明施氮能通过影响作物根系量进而提高土壤自养呼吸占总呼吸的比例。(3)土壤温度和含水量是影响土壤呼吸的重要环境因素。所有施氮处理的土壤温度都与土壤呼吸之间存在显著的指数关系,土壤温度能够解释74%的土壤呼吸变化,各处理Q10值的变化范围是1.49-2.68。土壤含水量在适宜范围内时与土壤呼吸无显著相关关系,当土壤水分超出适宜范围时则会显著抑制土壤呼吸。土壤温度和含水量对土壤呼吸的共同作用显著,二者可以解释67%的土壤呼吸变化。(4)施氮可以通过改变土壤酶活性进而影响土壤呼吸。在2013-2014年冬小麦和夏玉米生长季,N24处理显著降低了土壤纤维素酶活性,土壤纤维素酶活性与土壤呼吸间的负相关关系达到显著水平。在2014年夏玉米生长季,施氮能够显著增加土壤β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶活性,土壤β-葡萄糖苷酶和木聚糖酶活性与土壤呼吸间呈显著正相关关系。(5)施氮能够显著增加土壤易提取球囊霉素含量以增强土壤呼吸速率。在2013-2014年冬小麦生长季,N12、N18和N24分别比N0提高了9%、9%和20%。在2014年夏玉米生长季,施氮量同样能够显著增加土壤易提取球囊霉素含量,N0、N12、N18和N24处理分别为0.33 mg?g-1、0.36mg?g-1、0.40 mg?g-1和0.46 mg?g-1。在2013-2014年冬小麦和夏玉米生长季,球囊霉素含量都与土壤呼吸呈显著正相关关系。(6)施氮通过显著增加土壤铵态氮、硝态氮含量的方式促进作物生长,进而提高土壤呼吸速率。在2013-2014年冬小麦生长季,施氮能显著增加土壤铵态氮含量,N12、N18和N24处理分别较N0提高了17%、24%和38%。在土壤硝态氮含量方面,同样表现为N24>N18>N12>N0。在2014年夏玉米生长季,施氮对土壤铵态氮含量无显著性影响。但土壤硝态氮含量却随着施氮水平的增加而增加,与N0相比,N12、N18和N24处理分别提高了153%、161%和232%。在2013-2014年冬小麦-夏玉米生长季,土壤呼吸与土壤铵态氮和硝态氮含量呈显著正相关关系。(7)适量施氮显著提高土壤有机碳和全氮含量,但当施氮量超过N 180 kg?ha-1时,土壤全氮含量显著下降。在2013-2014年冬小麦生长季,N12、N18和N24的土壤有机碳含量分别比N0提高了9.64%、9.64%和9.99%,在2014年夏玉米生长季,相较于N0处理,N12、N18和N24分别提高了5.03%、6.26%和7.38%。在2013-2014年冬小麦生长季,N18和N24处理的土壤全氮含量显著高于N0和N12处理。在2014年夏玉米生长季,N18处理的土壤全氮含量显著高于N0和N12处理,但N24处理相较于N18处理出现了显著的下降。(8)作物产量随施氮水平升高而增加,当施氮量为N 180 kg?ha-1时,氮肥农学利用率较高。2013-2014年周年产量随施氮水平的增加而显著提高,相较于N0处理,N12、N18和N24分别提高了20%、24%和29%。在2014-2015年,施氮同样可以显著提高冬小麦和夏玉米的产量,N12、N18和N24处理的周年产量分别比N0提高了45%、53%和66%。N18处理的氮肥利用率在大部分生长季都保持较高值,通过综合产量和氮肥利用率,推荐N 180 kg?ha-1作为本试验地夏玉米和冬小麦生长季的氮肥施用量。