CO₂、CH₄和N₂O是造成气候变暖的主要温室气体。在气候变暖条件下，土壤呼吸和CH₄的产生与消耗会怎样变化？N₂O的排放会如何响应气候变化？是正反馈还是负反馈？受到哪些因素的调控？这些已成为非常重要的科学问题。目前在森林、草地、冻土、海洋等生态系统领域已有一些模拟气候变化的研究，但是在与人类活动密切相关的农业生态系统中，相关研究却非常缺乏，更鲜有长期全年的农田实地观测。

中国科学院遗传与发育生物学研究所农业资源研究中心胡春胜研究组采用红外辐射加热系统，自2008年起在中国科学院栾城农业生态系统试验站进行了冬小麦和大豆轮作农田连续5年的昼夜连续增温田间模拟试验。该试验设置了土壤5 cm层年平均增温1.5 ^oC、不增温、施氮肥和不施氮肥四种情况。经研究发现：

在CO₂与CH₄排放方面：增温和施氮都降低了小麦季CH₄的累积吸收量，但未影响夏季CH₄吸收总量。这是由于在小麦生长季，增温并施氮加速了小麦生长，使小麦吸收更多水分而导致土壤水分持续下降，土壤的干旱减少了甲烷氧化菌的活性，从而降低了CH₄吸收。相关分析表明，施氮条件下，CH₄排放在年度尺度上与土壤温度负相关；在不施氮条件下，CH₄排放与NH₄浓度正相关。进一步研究发现：增温和施氮均未影响季节和年土壤呼吸总量。分析表明土壤呼吸与微生物量碳正相关，而增温和施氮没有显著影响微生物量碳，可能由于1.5 ^oC的增温幅度还不足以显著影响微生物量和土壤呼吸。同时由增温导致的土壤干旱对土壤呼吸的负影响抵消了土壤温度对土壤呼吸的正影响。

在N₂O排放方面：在施氮条件下，如果增温降低土壤含水量，土壤干旱会减缓土壤微生物运转和降低反硝化速率，导致增温显著降低春、秋、冬季平均N₂O排放通量和小麦季及全年的累积N₂O排放通量。同时增温会加快植物生长速度，增加氮素和水分吸收，提高蒸散并减少N₂O排放。但是在增加灌溉量之后，增温没有降低土壤含水量，也没有降低N₂O的排放。在不施氮条件下，增温没有影响土壤含水量和N₂O排放。该研究说明了增温和施氮处理通过影响土壤水分的幅度而影响N₂O排放。

两项研究结果填补了气候变暖对农田土壤温室气体排放研究方面的空缺，对农田温室气体排放对未来气候变暖的响应机制以及模拟具有一定的指导作用。研究成果已分别在Agricultural and Forest Meteorolog 和Agriculture, Ecosystems & Environment上发表。胡春胜研究组博士生柳丽婷为两篇文章的第一作者。该研究得到了国家自然科学基金重点项目(Grant No. 41530859)、国家科技支撑计划(2012BAD14B07-03)、公益性行业专项(201503117-09，31270554，41301323)和先导项目(Grant No. XDA0505050202)的资助。