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氮是农作物生长发育的最重要的养分元素，氮肥施用是粮食稳产、增产的最重要的措施。但过量施用氮肥也会导致严重的环境问题，土壤氮氧化物排放和氮流失是农田活性氮污染的两个重要过程，前者影响大气中温室气体浓度，可能加剧大气温室效应，后者是农田面源污染的核心问题，对水环境造成重要影响。紫色土是中国西南地区最重要的农耕土壤，是保障当地粮食安全的重要耕地资源，同时紫色土位于长江上游，对长江水环境有重要影响，而紫色土活性氮污染物的迁移过程、特征及其施肥的影响还有待深入。本研究以紫色土坡耕地农田生态系统为研究对象，依托中国科学院盐亭紫色土农业生态试验站，利用可同步观测氮氧化物排放和氮素径流迁移的大型自由排水采集器(Free-drain-lysimeter)，研究紫色土坡耕地夏玉米-冬小麦轮作系统的氮氧化物排放与氮流失过程与通量，比较了化肥(N、NPK)、有机肥(OM)、无机-有机肥配施(OMNPK)、秸秆还田与化肥配施(RSDNPK)、化肥及硝化抑制剂(DCDNPK)、化肥添加生物炭(BCNPK)及不施肥对照(CK)对紫色土氮氧化物排放与氮流失的影响，并结合作物产量、活性氮污染负荷减排进行综合效应评估，筛选紫色土坡耕地氮氧化物排放和氮流失协同减排的优化施肥方式。主要研究结果和结论如下: (1)施肥方式对紫色土旱地氮氧化物排放的影响 施肥促发紫色土N2O和NO排放。常规NPK施肥处理小麦季和玉米季的N2O排放峰值和通量分别为94±10μg(N)·m-2·h-1、0.42±0.16 kg(N)·hm-2，211±56μg(N)·m-2·h-1、0.53±0.02 kg(N)·hm-2。NO的排放峰值和通量分别为83±12μg(N)·m-2·h-1、0.25±0.05kg(N)·hm-2，33±3μg(N)·m-2·h-1、0.14±0.03 kg(N)·hm-2。与常规NPK施肥方式相比，有机肥施用既提前了N2O排放出峰时间，又增加了峰值的排放速率，导致紫色土小麦-玉米轮作周期的N2O累积排放增加，小麦季和玉米季相对于常规NPK施肥分别高出3.3和7.3倍，分别达到1.41和3.89 kg(N)·hm-2。有机肥在冬小麦季具有最低的NO累积排放通量，在夏玉米季却具有最高的NO累积排放通量，这可能是因为土壤水分条件影响所致。常规化肥(NPK)基础上施用硝化抑制剂(DCDNPK)则显著降低了N2O和NO的排放通量，相比于常规NPK施肥处理分别减少了27％和66％。RSDNPK相比于常规NPK施肥的N2O累积排放增加，冬小麦季和夏玉米季分别增加了24％和68％。但是NO显著小于常规NPK施肥，冬小麦季和夏玉米季分别减少了56％和57％。BCNPK施肥处理相比于常规NPK施肥对于氮氧化物的排放影响不明显。 (2)施肥方式对土壤排放氮氧化物比值的影响 施肥对NO/N2O具有促发作用。常规NPK施肥施肥后均表现出较高的NO/N2O，在冬小麦季NO/N2O最高值达到2，在夏玉米季NO/N2O最高值达到0.9。单施氮肥和BCNPK施肥处理也在施肥后具有较高的NO/N2O。而有机肥施肥处理(OM)、有机肥配施氮磷钾施肥处理(OMNPK)和秸秆还田配施氮磷钾施肥处理(RSDNPK)相对于常规NPK施肥处理具有较低的NO/N2O。降雨事件会降低NO/N2O，导致NO/N2O排放出现多峰现象。干旱条件会激发NO/N2O峰值的出现，持久的干旱影响到土壤微生物的活性从而会降低NO/N2O。 (3)施肥方式对紫色土坡耕地径流与泥沙的影响 施肥方式对紫色土地表径流和壤中流流量及泥沙损失有显著影响。 常规NPK施肥在实验期间总产地表径流31.2 mm，单施氮肥和空白对照及有机无机混施施肥处理相比于其他施肥处理具有显著较高的地表径流量;OM施肥处理和RSDNPK施肥处理相比于其他施肥处理具有显著较低的地表径流量;BCNPK施肥处理和DCDNPK施肥处理对于地表径流产流的影响相对于常规NPK施肥不显著。 常规NPK施肥在实验期间总产壤中流176.3 mm。OM施肥处理具有最高壤中流径流量，RSDNPK施肥处理都具有最小的土壤壤中流径流量，其他施肥处理壤中流径流量差异不显著。 常规NPK施肥在实验期间泥沙损失量为446 kg·hm-2。单施氮肥处理和空白对照处理泥沙损失显著高于常规NPK施肥处理，分别达到671 kg·hm-2和890 kg·hm-2。RSDNPK施肥处理相对常规NPK施肥处理具有显著低的泥沙损失量，仅68 kg·hm-2，表明RSDNPK具有较强的保水、保土功能;OM、OMNPK和DCDNPK相比于常规NPK施肥均具有较少的泥沙损失量，年度泥沙损失约为300 kg·hm-2; BCNPK施肥处理泥沙损失量与常规NPK施肥相比不显著。 (4)施肥方式对紫色土坡耕地氮素径流损失的影响。 紫色土氮素径流损失主要有地表径流和壤中流两种径流形式，径流损失中的氮主要由铵态氮、硝态氮和颗粒态氮构成。施肥方式对紫色土氮素流失特征具有显著影响。NPK施肥处理全年地表径流损失总氮通量为107 mg·m-2，其中铵态氮3 mg·m-2，硝态氮40mg·m-2，颗粒态氮65 mg·m-2。壤中流损失总氮通量为4851 mg·m-2，其中铵态氮35 mg·m-2，硝态氮4311 mg·m-2，颗粒态氮506 mg·m-2。全年总损失氮量为49.58 kg·hm-2，占全年施氮量的17.7％。单施氮肥非平衡施肥处理具有显著高的氮素径流损失通量，全年地表径流损失总氮通量为163 mg·m-2，其中铵态氮8 mg·m-2，硝态氮61 mg·m-2，颗粒态氮93mg·m-2。壤中流损失总氮通量为14524 mg·m-2，其中铵态氮28 mg·m-2，硝态氮12949mg·m-2，颗粒态氮1548 mg·m-2。全年总损失氮量为146.87 kg·hm-2，占全年施氮量的52.5％。RSDNPK施肥处理具有显著低的氮素径流损失通量，全年地表径流损失总氮通量为63 mg·m-2，其中铵态氮3 mg·m-2，硝态氮34 mg·m-2，颗粒态氮26 mg·m-2。壤中流损失总氮通量为1680 mg·m-2，其中铵态氮16 mg·m-2，硝态氮1552 mg·m-2，颗粒态氮113 mg·m-2。全年总损失氮量为17.43 kg·hm-2，占全年施氮量的6.2％。有机肥OM施肥处理全年损失氮量占全年施氮量的7.3％。有机肥无机肥混施OMNPK施肥处理全年损失氮量占全年施氮量的13.2％。生物炭配施氮磷钾施肥(BCNPK)施肥处理全年损失氮量占全年施氮量的19.6％。硝化抑制剂配施氮磷钾施肥(DCDNPK)施肥处理全年损失氮量占全年施氮量的22.3％。 (5)紫色土活性氮损失的主要环境影响因子 各施肥处理的氮氧化物排放与土壤底物活性氮含量显著正相关。土壤活性氮底物同样是氮素径流损失的源，径流损失的活性氮越多，土壤底物活性氮减少越多，两者呈现负相关性。 土壤氮氧化物排放与土壤温度和土壤湿度之间具有线性相关响应，降雨会激发土壤N2O的排放，但对NO的影响不明显。土壤氮素径流损失通量同样受到环境因素的制约，降雨量和径流量对紫色土各施肥处理的氮素径流损失量均具有显著的相关关系。 (6)控制紫色土活性氮损失的氮肥资源优化管理方式 基于粮食增产稳产条件下对于土壤活性氮污染负荷进行评估。结果显示，RSDNPK施肥处理不论在冬小麦季还是在夏玉米季基于作物单产指标均具有最低的土壤活性氮素损失量，且泥沙损失也显著低于其他几种施肥方式，因此，可以作为本区的最优施肥模式进行推广。