双季稻是提高中国作物复种指数、挖掘耕地集约化利用潜力的重要种植模式。近年来,由于劳动强度大、种植效益低,在长江中下游地区大面积的双季稻被改种为单季稻,严重威胁国家粮食安全。通过直播替代早、晚稻育秧移栽发展双季稻双直播种植模式,能够大幅度减少劳动力投入,扭转农民种植双季稻意愿降低的局面。由于该区域全年温光资源有限,发展双季稻双直播需要生育期为90-100天的高产水稻品种。然而,目前缺少短生育期高产品种限制了双季稻双直播技术的推广。此外,关于短生育期水稻品种的高产生理机制以及双季稻双直播的稻田温室气体排放特征仍不明确。为此,本研究于2015-2016年早、晚季在湖北省武穴市开展田间试验,在2015年以12个短生育期水稻品种为试验材料,旨在从生育期、产量、抗倒伏特性的角度初步筛选适宜于双季稻双直播生产的品种;在2016年早、晚季均使用经过初步筛选的6个短生育期品种为材料,并在晚季设置3个不同播种期处理（7月20日、7月25日和7月30日）,旨在确定适合双季稻双直播的品种及播期搭配,并综合2015-2016年数据探究短生育期品种的高产形成机理。另外,在2017-2018年开展田间试验,设置双季稻双直播（DDR_A和DDR_B）和传统移栽双季稻模式(TDR_B和TDR_HY)处理,其中DDR_A和DDR_B分别选择最短生育期品种和产量潜力相对较高的品种搭配,TDR_B的品种搭配与DDR_B相同,而TDR_HY则选择当地主推的高产早稻品种,并用这些品种做晚稻种植;同时设置零氮（N₀）、60 kg N ha^-1（N₁）和每周施用15 kg N ha^-1（N₂）三个氮肥处理。主要目的是评价双季稻双直播与传统移栽双季稻模式之间周年产量、氮肥利用效率、温室气体排放的差异;比较两种模式在农艺性状、光能拦截与利用、氮肥吸收与利用等生理特性方面的差异,并阐明双季稻双直播实现高产高效的生理机制,以期为短生育期水稻高产育种和栽培提供理论依据,为双季稻轻简化生产提供技术支撑。本研究主要结果如下:（1）从生育期、产量、抗倒伏能力等角度,筛选了湘早籼6号、早珍珠、早籼615、特早2961和杂株,共6个适宜于双季稻双直播的品种。为保证该模式安全生产,早稻适宜播种期在4月10日左右,晚稻播种期不能晚于7月25日。在双季稻双直播模式下,晚季播种期延后会在抽穗灌浆期遭遇低温胁迫,导致结实率降低16.8%-22.8%,减产9.1%-11.9%。湘早籼6号耐低温能力强,其在晚季所有播种期间的结实率和产量无明显差异,可用作早稻收获期延后的晚稻生产补救品种。总计有12种适宜的品种和播期搭配,这些品种和播期搭配的周年生育期为186-198天,周年总产达到13.3-14.7 t ha^-1。（2）通过对2015-2016年试验中共同种植的5个短生育期品种的分析发现,不同水稻品种产量的变异范围为6.4-9.9 t ha^-1,生育期为89-105天。短生育期水稻高产主要归因于每穗颖花数和成熟期生物量,而与生育期长短、其他产量构成因子和收获指数均无关。在超短的生育周期内,高产品种主要依赖于苗期分蘖和叶面积快速生长、生殖生长期光合净同化速率高以及灌浆期叶片衰老缓慢来提高成熟期的生物量。（3）在2017-2018年,双季稻双直播的周年生育期平均比移栽双季稻短28天。DDR_B在所有氮肥水平下的产量都显著高于TDR_B,说明在同一品种搭配下作物建成方式由移栽改为直播并不会导致水稻减产。在低氮条件下（N₀和N₁）,DDR_A和DDR_B的产量相比TDR_HY平均降低11.7%。增加氮肥施用量显著提高了水稻产量,N₁和N₂的产量相比于N₀分别增加了6.4%和7.4%。同时,增加氮肥施用量也缩小了双季稻双直播与传统移栽双季稻模式间的产量差异。在高氮条件下（N₂）,DDR_A和DDR_B的平均产量达到7.5 t ha^-1,仅比TDR_HY降低4.3%。在高氮条件下（N₂）,DDR_A和DDR_B的平均周年产量为15.0 t ha^-1,要比TDR_B高1.2 t ha^-1,而仅比TDR_HY低0.6 t ha^-1。（4）不同种植模式以及不同氮肥管理之间的产量差异主要归因于单位面积颖花数和成熟期生物量。DDR_A和DDR_B得益于较高茎蘖数和叶面积指数使得齐穗前辐射拦截量要比TDR_B和TDR_HY高28%,促使其同期的作物生长速率和干物质积累显著高于移栽双季稻。然而,DDR_A和DDR_B在灌浆期的干物质积累则显著低于TDR_B和TDR_HY,这主要是因为该阶段前两者的光能利用效率平均比TDR_B和TDR_HY降低16.7%。（5）在N1和N2,所有种植模式的氮肥回收利用率均高于50%,且氮肥农学利用效率超过17 kg kg^-1。DDR_A和DDR_B的氮肥回收利用率要比TDR_B和TDR_HY平均提高25.1%,然而其氮肥生理利用率却相比TDR_B和TDR_HY降低27.6%。总体而言,不同种植模式之间的氮肥农学利用效率无显著差异。（6）DDR_A和DDR_B的稻田周年甲烷排放量相比TDR_B和TDR_HY降低了39%。然而,不同模式之间的氧化亚氮和二氧化碳的排放量则无明显差异。综合三种气体的温室效应,双季稻双直播模式单位面积增温潜势相比传统移栽双季稻下降了29%,而单位水稻产量增温潜势也比移栽双季稻降低31%。综上所述,通过选择适宜的短生育期水稻品种并合理安排播种期,能够在长江中下游地区成功进行双季稻双直播生产。双季稻双直播的周年产量和氮肥利用效率可以达到甚至超过传统移栽双季稻的水平,同时还明显降低了稻田温室气体排放。因此,双季稻双直播可以作为一种轻简、绿色的种植方式替代传统移栽双季稻。