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针对农业生产中作物秸秆和氮肥资源利用率低、氮素残留、环境污染、温室气体排放、农业生态环境发展不可持续等现存问题，本研究通过冬小麦-夏玉米一年两熟田间试验，探究不同秸秆还田方式配施氮肥下冬小麦、夏玉米农田碳氮素循环平衡状况。8个处理分别为：玉米、小麦秸秆全量直接还田下小麦玉米全生育期不施氮(SSN0)，小麦季施氮260kg·hm-2、玉米季施氮435kg·hm-2(SSN1)；玉米秸秆全量过牛腹还田、小麦秸秆全量直接还田下小麦生育期施氮260kg·hm-2、玉米季施氮435kg·hm-2(CSN1)，小麦季施氮220kg·hm-2、玉米季施氮435kg·hm-2(CSN2)，小麦季施氮190kg·hm-2、玉米季施氮435kg·hm-2(CSN3)；玉米秸秆全量直接还田、小麦秸秆全量过牛腹还田下小麦季施氮260kg·hm-2、玉米季施氮435kg·hm-2(SCN1)，小麦季施氮260kg·hm-2、玉米季施氮360kg·hm-2(SCN2 )，小麦季施氮260kg·hm-2、玉米季施氮308kg·hm-2(SCN3)。结果表明：
1.施氮和秸秆过腹还田增加了籽粒产量、植株干物质量、固碳量和氮素积累量。施氮显著增加了土壤总呼吸、土壤异养呼吸碳排放量。玉米季小麦秸秆过腹还田显著增加了农田碳排放量。
2.玉米秸秆过腹还田增强了小麦农田碳汇能力，其净生态系统生产力固碳量增加了0.13kgC·m-2；秸秆过牛腹还田配施氮肥190kg·hm-2下小麦产量最高、碳汇能力最强。玉米季小麦秸秆直接还田可维持玉米农田碳平衡，秸秆过腹还田产生大量碳排放。玉米秸秆过腹还田、小麦秸秆直接还田条件下麦-玉周年施氮695、625kg·hm-2豫北地区冬小麦-夏玉米一年两熟农田碳汇最强。
3.不施氮处理在小麦收获后硝态氮残留量显著高于施氮处理，秸秆过腹还田下土壤硝态氮残留最少。不施氮处理氮素亏缺为230.22kg·hm-2，消耗土壤无机氮素。CSN2、CSN3处理分别有92.99、97.57kg·hm-2来源于土壤氮矿化和2m根区以下氮素吸收，SSN1、CSN1处理分别淋失5.47、19.07kg·hm-2氮素，若其生育期内发生氮矿化，则有与矿化量相当的无机氮素淋溶出0~200cm根区土壤。
4.玉米苗期植株生长缓慢，氮素积累量小，大量氮素淋溶出0~200cm根区土壤，应减少基施氮肥用量。相同施氮量下，秸秆过腹还田处理根区土壤硝态氮积累量高
5.麦玉周年不施氮处理消耗无机氮素，有耗竭土壤氮风险。小麦秸秆过腹还田周年施氮695、620kg·hm-2处理造成0~200cm根区硝态氮大量残留。玉米秸秆过腹还田、小麦秸秆直接还田条件下周年施氮655、625kg·hm-2可实现豫北地区冬小麦-夏玉米一年两熟农田良性氮素循。
1.施氮和秸秆过腹还田增加了籽粒产量、植株干物质量、固碳量和氮素积累量。施氮显著增加了土壤总呼吸、土壤异养呼吸碳排放量。玉米季小麦秸秆过腹还田显著增加了农田碳排放量。
2.玉米秸秆过腹还田增强了小麦农田碳汇能力，其净生态系统生产力固碳量增加了0.13kgC·m-2；秸秆过牛腹还田配施氮肥190kg·hm-2下小麦产量最高、碳汇能力最强。玉米季小麦秸秆直接还田可维持玉米农田碳平衡，秸秆过腹还田产生大量碳排放。玉米秸秆过腹还田、小麦秸秆直接还田条件下麦-玉周年施氮695、625kg·hm-2豫北地区冬小麦-夏玉米一年两熟农田碳汇最强。
3.不施氮处理在小麦收获后硝态氮残留量显著高于施氮处理，秸秆过腹还田下土壤硝态氮残留最少。不施氮处理氮素亏缺为230.22kg·hm-2，消耗土壤无机氮素。CSN2、CSN3处理分别有92.99、97.57kg·hm-2来源于土壤氮矿化和2m根区以下氮素吸收，SSN1、CSN1处理分别淋失5.47、19.07kg·hm-2氮素，若其生育期内发生氮矿化，则有与矿化量相当的无机氮素淋溶出0~200cm根区土壤。
4.玉米苗期植株生长缓慢，氮素积累量小，大量氮素淋溶出0~200cm根区土壤，应减少基施氮肥用量。相同施氮量下，秸秆过腹还田处理根区土壤硝态氮积累量高
5.麦玉周年不施氮处理消耗无机氮素，有耗竭土壤氮风险。小麦秸秆过腹还田周年施氮695、620kg·hm-2处理造成0~200cm根区硝态氮大量残留。玉米秸秆过腹还田、小麦秸秆直接还田条件下周年施氮655、625kg·hm-2可实现豫北地区冬小麦-夏玉米一年两熟农田良性氮素循。