未来气候变化下大气CO2浓度和温度升高将影响稻田植物-土壤的氮素代谢和循环,这将改变水稻生产的氮素利用效率。目前,关于中国双季稻耕作系统作物氮吸收、转运和利用对增温和/或增CO2的响应变化仍不明确。因此,本研究于2013-2016年在湖北省荆州市通过开顶式气室OTC平台进行大田原位模拟试验,设置了背景温度和CO2浓度,温度升高2℃,CO2浓度升高60 ppm,以及温度和CO2浓度同时升高的不同交互处理,研究增温增CO2对双季稻氮素利用的影响。相比环境背景对照,CO2浓度升高提高了早稻和晚稻的植株吸氮量和氮素利用率,主要表现为氮素吸收利用率、农学利用率、生理利用率和系统利用率的增长。CO2浓度升高降低了早稻茎叶氮素向籽粒的转运效率,减少了氮收获指数,但却促进了晚稻的氮素转运。由于更多的土壤氮被水稻吸收同化,CO2浓度升高倾向于降低土壤矿质氮的含量。温度升高减少了早稻成熟期的吸氮量,降低了氮素吸收利用率和农学利用率,这主要归结于增温条件下高温热害导致早稻籽粒产量下降。但对晚稻而言由于不存在高温胁迫,温度升高有助于提高植株吸氮量和氮素利用效率。增温对早稻和晚稻茎叶氮素转运效率的提高均具有正面的影响,有助于提高早稻土壤矿质氮含量,但对晚稻影响不显著。对CO2和温度的交互影响而言,CO2浓度升高可完全抵消增温对早稻氮吸收利用的不利影响,而在晚稻二者表现为协同促进的交互作用。因此,增温增CO2可显著提高双季稻耕作系统的氮素利用率(四年平均利用率为64.6%),并降低周年氮盈余28.6-36.5 kg N hm-2。本研究从作物尺度上和系统尺度上证实了大气CO2浓度和温度升高有助于提高双季稻的氮素利用效率,对气候变化下稻田氮素优化管理具有重要参考借鉴意义。