水稻是中国主要的粮食作物，是一种需水量大的作物。因此，水是中国粮食生产稳定的重要因素之一。在中国南方，水稻种植面积占播种总面积的94％，占生产总面积的88％，水稻的生产直接关系到中国的粮食安全。然而，水分的供应与水稻的时空分布一直存在矛盾。目前，有16-22％的稻田遭受季节性缺水威胁，损害了粮食生产能力和粮食安全，水稻迫切需要一种节水生产技术。除水以外，氮肥的施用量在世界各地和中国的水稻种植系统中都有所增加。但是，传统灌溉方式下氮肥的利用效率一直很低。水稻采用节水灌溉，改变了土壤的环境条件，水稻田间水环境对氮的动力学变化的影响需要深入研究。　　在此背景下，利用节水灌溉和15N同位素示踪技术，对稻田水和氮资源的有效利用进行了田间和温室研究。2015-2016连续两年在中国湖北省荆门市团林灌溉试验站进行田间试验，稻田土壤质地为粉壤土。试验采用裂区试验设计，以灌溉处理为主处理，设传统灌溉(CI)和“薄浅湿晒”节水灌溉(TSMDI);氮肥施用量为副处理，设3个水平:N0(0kg N ha-1)，N1(90kgN ha-1)和N2(180kg N ha-1，)，N2是当地农民习惯施用量。试验进行三次重复。2016年夏季，在中国武汉华中农业大学的一个开放温室（有一个可移动的防雨棚）进行了土柱模拟种稻试验。模拟试验的土壤样品采自上述田间试验田周边水稻田。采用两因素完全随机试验设计，三次重复。试验因素包括灌溉方式和氮肥施用量，灌溉设置两个水平:CI和TSMDI，氮因子设置3个水平:N0(0kgN ha-1)，N1(90kgN ha-1)和N2(180kgNha-1)，氮肥施用15N丰度为6％的尿素。论文的主要结论如下:　　1.薄浅湿晒节水灌溉处理水资源的有效利用明显优于传统灌溉。与传统灌溉处理相比，采用薄浅湿晒灌溉的水稻节水灌溉每个生育期的田间灌溉水利用系数(FIWUC)明显提高了0.21-3.85％。FIWUC对衡量水稻生长利用的田间有效灌溉水量具有参考价值。薄浅湿晒灌溉具有较高的FIWUC，可能是由于田面灌水深度较浅，降低了水头的压力势，从而减少了渗漏水的损失。与传统灌溉处理相比，薄浅湿晒节水灌溉处理节约灌溉用水16-21％。在薄浅湿晒节水灌溉条件下，灌溉水分生产力(WPI)比传统灌溉水平高出19.04-30.26％，达到5％差异显著水平。比较N2处理(180kgNha-1)（当地农民习惯氮肥施用量），节水灌溉处理的WPI比传统灌溉提高了25.96％。同样，总水分生产力（包括降雨和灌溉）WPI+R薄浅湿晒节水灌溉比传统灌溉高出4.54-16.50％左右。在水稻田田间水利用研究中,同时应用田间水利用系数(FIWUC)和水分生产率(WPI)两个指标能更全面地反映水分的利用状态。　　2.薄浅湿晒节水灌溉水稻的产量与传统灌溉的产量持平，有时甚至略高。2015年的田间试验表明，薄浅湿晒节水灌溉比传统灌溉方法的稻谷产量提高了5.53-6.37％，2016年温室试验节水灌溉比传统灌溉产量提高1.72-3.52％。研究表明，薄浅湿晒节水灌溉为水稻根系的生长创造了较为健康的环境，有利于水稻有效地吸收水分和氮素，从而比传统淹灌具有较高的产量。薄浅湿晒节水灌溉条件下水稻生长参数和产量构成因子，如植高、分蘖数、叶面积指数、生物量、穗数、结实率和干粒重等指标与传统灌溉相比，均未表现出明显的差异。田间试验结果显示，N1和N2两种氮肥用量处理的产量差异不大，节水灌溉条件为施用较低的氮肥达到预期的水稻产量创造了条件。　　3.薄浅湿晒节水灌溉条件下水稻根系和籽粒器官中肥料氮吸收明显高于传统灌溉，从而提高了氮肥利用率。薄浅湿晒节水灌溉N1和N2的氮肥利用率分别比传统灌溉N1和N2的高出5.68-30.23％和6.56-13.92％。15N示踪结果表明，节水灌溉条件下不同植物部位中肥料氮素含量均高于传统灌溉，水稻根系和籽粒中氮吸收量的差异达到显著水平。薄浅湿晒节水灌溉中大量的根系增加了植株对N的吸收，并有效地将N转移到植物的地上部分，最终形成较高的产量。尽管N2处理植株对氮的吸收总量比N1植株的高，但氮肥利用率却低于N1处理。　　4.水稻薄浅湿晒节水灌溉大量减少渗漏水和总氮的淋失，具有较好的环境效应。与传统灌溉相比，薄浅湿晒节水灌溉处理渗漏水量减少了18.63％。渗漏水的测试表明，NH4+是N的主要淋失形态。土壤中的NH4+移动受灌溉方式的影响很大，而NH4+淋失的巨大潜在风险值得关注。水稻采用薄浅湿晒节水灌溉的方法，可以明显降低土壤的NH4+和总氮的淋失量，但在一定程度上却增加了NO3--N的淋失，特别是在晒田后的复水过程中。　　5.肥料氮的氮量平衡显示薄浅湿晒节水灌溉的肥料氮水稻植株氮吸收量、水稻土壤残留氮和氮损失的比例得到了合理的分配。结果表明，比传统灌溉相比，薄浅湿晒节水灌溉N1和N2植株肥料氮吸收量比传统灌溉提高了10.49％和6.56％，肥料氮在稻田土壤中的残留量分别提高了3.77％和4.77％;同时，在N1和N2处理中肥料的氮损失分别降低了32.38％和19.03％。薄浅湿晒节水灌溉具有减少环境退化的作用。　　研究表明，薄浅湿晒节水灌溉是较为合理的灌溉方式，在两种氮素处理水平中，低氨水平(N1)的综合效益明显优于高氮水平(N2)，且两种氮肥处理的粮食产量差异不大。然而，N1提高了氮肥利用率，大大减少了氮的淋失。研究结果表明，为了确保生态环境的安全，水稻可以通过节水灌溉措施有效节约农业用水量和降低氮肥施用量。然而，还需进一步研究节水灌溉的后续影响以及可持续农业系统的最佳氮素管理战略。