水稻是我国最主要的粮食作物之一,近些年来,随着我国人口的不断增加,对粮食的需求也日益增加,尤其是在当前耕地面积逐年减少的情况下,持续提高我国粮食作物单产对我国粮食安全起着重要作用。然而我国目前大部分农户只一味追求作物高产,过量施用化肥,使得氮肥利用效率降低,同时也对环境造成了各种危害。本研究针对目前农户生产中存在的氮肥施用量以及氮肥运筹等方面存在的诸多问题,来构建土壤-作物-环境三位一体的氮肥优化管理模式,以此实现作物高产以及肥料高效的协同发展。本试验在2014-2016年于江苏省如皋市农业科学研究所展开,设置水稻-小麦(Rice-Wheat,RW)、水稻-冬闲田(Rice-Fallow,RF)、水稻-蔬菜(Rice-Vegetable,RV)三种轮作制度,每个制度下设三种施肥处理,即空白处理(Control,CK)、农民习惯施肥处理(Farmer fertilizer practice,FFP)和优化施肥处理(Optimize treatment,OPT)等共计九个处理,以水稻为主要研究对象,探究了长江中下游三种水稻轮作制度下的不同施肥方式对水稻产量、养分吸收利用的影响,为实践生产提供理论依据。主要研究结果如下:1、优化施肥方式下,不同轮作制度均在降低施用氮肥量的基础上保持作物高产,在2015-2016两年间优化施肥方式下水稻平均产量比农民习惯施肥方式下增加了 1.4%。优化施肥方式下主要通过提高水稻千粒重、穗粒数和结实率等来增加水稻产量。在相同施肥方式下,2016年水稻-蔬菜轮作制度下由于前茬作物施肥量的增加,产量显著高于其他两种轮作制度。2、氮肥的优化管理显著提高了氮肥利用率。在不同轮作制度下,优化施肥处理的氮肥农学利用率、氮回收效率、偏生产力均相对高于其同一轮作系统下的农民习惯施肥处理,平均增高幅度分别为70.3%、69.4%、68.0%。在农民习惯施肥方式下,基施的过量施用,不仅会因生育前期植株吸收较少而造成大量的氮肥浪费,导致氮肥利用率下降,而氮肥的优化施肥方式可以通过合理的调控水稻在不同生育时期氮素积累情况,协同实现水稻高产和提高氮肥利用效率。3、优化施肥方式下可有效降低水稻田NH3挥发以及N2O的排放通量。相比农民习惯施肥方式,优化施肥可显著降低NH3挥发总量及其占氮肥施用量的百分比,平均降幅分别为49.1%和4.0%。NH3挥发以及N2O的排放通量均主要受到施肥量的影响。也就是说,优化施肥方式可以在降低施肥量的前提下,减少NH3挥发和N2O的排放通量,降低氮素损失,提高氮肥利用率,同时还可稳定甚至提高水稻产量。综上所述,通过优化施肥的施用量以及运筹比例,三种不同轮作制度下均可以优化氮素积累与分配比例,使其符合作物对氮素的需求规律,协调作物所需养分与养分供应,优化水稻产量构成,提高氮素利用效率,最终达到增产的目的,为不同轮作体系下水稻高产稳产提供理论依据。