本文针对近年来华北太行山前平原高产农区农业生产中水肥、机械投入过高，由此引发了一系列环境问题，依托栾城生态农业试验站的肥料定位试验和耕作定位试验，通过田间原位同步动态监测不同农业管理措施下小麦-玉米轮作农田剖面土壤反硝化速率与N2O生成速率、剖面温室气体浓度、温室气体排放通量，阐明剖面土壤反硝化强度时空变异规律及其对削减深层土壤累积硝态氮的作用；探明土壤剖面温室气体时空分布特征及其扩散规律，评估下层土壤温室气体对农田温室气体排放的贡献度；评价各温室气体对温室效应的贡献以及不同农业管理措施的综合温室效应，为制定温室气体减排措施提供依据，为区域温室气体排放总量估算提供基础数据。研究结果表明：　　 ⑴土壤剖面反硝化脱氮强度存在明显的时空变异规律，玉米生长季节反硝化脱氮速率与脱氮强度明显高于小麦生长季节，是剖面土壤反硝化脱氮的主要季节。随着施氮量的增加，土壤剖面反硝化脱氮速率呈增加趋势，不同处理玉米季0-190cm上壤反硝化脱氮总量依次为CK：4.2 kg N/ha、N450:10.6 kg N/ha、N750:20.1 kgN/ha，分别占全年总量的66.7％、72.8％和71.6％，是小麦季的2.0～2.7倍。表层土壤反硝化强度明显高于下层土壤，但作物主要根系层以下土壤反硝化强度亦不容忽视，是去除深层土体累积硝态氮的主要过程，90-190cm土层不同处理每年通过反硝化过程削减掉的硝态氮量依次为CK：2.6 kg N/ha、N450:5.4 kg N/ha、N750:7.8kg N/ha，不同处理间差异均达到了极显著水平(P<0.01)。　　 ⑵剖面土壤N2O生成速率与反硝化脱氮速率时空变异规律基本相似。N2O生成的高峰期主要发生在施肥灌水或强降水(>10mm)之后，玉米季N2O生成速率明显高于小麦季。表层土壤(15cm)N2O生成速率最高，随着剖面深度的向下延伸，逐渐降低，至140cm埋深左右N2O生成速率出现一个次高峰，随后又逐渐下降。随着施氮量的增加，土壤剖面形成的N2O量显著增加，全年不同处理剖面N2O生成总量为CK：1.68kgN/ha、N450:3.94kgN/ha、N750:6.45kgN/ha。每年有1.0％～1.27％的肥料氮在土壤中转化成了N2O。　　 ⑶由于受到土壤孔隙度、土壤水分的影响，下层土壤中生成的N2O郁闭于土壤剖面中，导致N2O浓度随土壤深度的加深呈增加趋势。在浓度梯度作用下，下层土壤空气中N2O缓慢向上扩散迁移，对表层农田N2O排放产生贡献。每年在农田土壤排放的N2O中大约有43％来自于15cm以下土壤。　　 ⑷北方小麦-玉米轮作农田土壤是N2O和CO2的排放源，是CH4的弱吸收汇。麦季和玉米季温室气体的源/汇强度存在差异，玉米季土壤作为CO2和N2O的排放源强度大于小麦季，而作为CH4吸收汇的强度又低于小麦季。耕作是影响农田温室气体排放的重要农业生产方式，翻耕比免耕更有利于农田土壤N2O与CO2排放，秸秆还田比秸秆移出、秸秆深施比秸秆表面覆盖更有利于土壤N2O与CO2排放。秸秆还田可增加土壤对CH4的氧化吸收，提高土壤作为大气CH4吸收汇的特征。　　 ⑸免耕处理农田生态系统综合增温潜势GWP均为负值，表明该耕作方式下农田生态系统为大气的碳汇，去除农事活动引起的直接或间接排放的CO2后，每年农田生态系统净截留946～1016 kg C/ha：其它处理农田生态系统的GWP值均为正值，表明温室气体是由系统向大气排放，其综合GWP由大到小的顺序为无秸秆还田深翻耕(CK)>秸秆粉碎还田深翻耕(F)>秸秆粉碎还田旋耕(X)。如果单单评价农田生态系统的综合增温效应，两个秸秆覆盖免耕措施温室效应最低，对环境最有益，但其经济产量很低，不能满足农业生产高产高效可持续发展的要求。农业生产目标是提升经济产量和可持续发展，在进行农田生态系统的综合增温效应评价时要兼顾经济效应和环境效应双赢，故在华北小麦-玉米轮作体系中，秸秆粉碎还田旋耕是最优化的耕作措施，其温室效应相对较低，而又能保证较高的经济产量。