稻麦轮作种植是世界上种植面积最大的方式之一,达2400万hm2,主要分布在东亚、南亚地区和中国。其中,中国的稻麦轮作种植主要分布在长江流域,、种植面积达1050万hm2。近年来,随着高产品种的育成、栽培技术的提高以及无机化肥的施用,稻麦产量逐年提高。产量的提高除从土壤中带走大量养分,也使秸秆总量不断增加。秸秆还田是秸秆资源利用的一种有效方式。目前长江下游稻麦两熟种植区中很多地区出现单季隔茬还田现象,但关于单季隔茬秸秆还田的作用缺乏系统研究。为此,本研究通过在长江中下游稻麦轮作种植地区设置周年两季秸秆连续还田(WR)、麦季水稻秸秆连续还田(R)、稻季小麦秸秆连续还田(W)定位试验,以不还田处理(CK)为对照,系统研究了不同季别秸秆还田对土壤肥力、农田温室气体排放、当季和后茬作物产量、养分吸收和品质的影响,并通过数值化评价方法综合分析了稻麦两熟制不同季别秸秆还田下的农田生产力和环境效应。主要研究结果如下：1、土壤肥力的动态变化特征通过对3年6季定位时间内的土壤肥力进行动态观测和析因分析,研究了水旱轮作下土壤肥力的动态变化特征及不同季别秸秆连续还田对土壤化学性状的影响。结果表明,土壤pH、速效磷和速效钾含量呈现“波浪式”的变化特征。土壤pH在水旱轮作下呈现出小麦收获后下降水稻收获后升高的变化特征,而土壤速效磷和速效钾含量季节间变化动态与土壤pH变化趋势相反。秸秆连续还田对土壤有机质、全氮、速效氮和速效钾有明显的增加效应。小麦秸秆连续还田显著增加了土壤有机质、全氮、铵态氮、速效钾含量,而水稻秸秆连续还田显著增加了土壤有机质、全氮、速效钾含量。水稻秸秆和小麦秸秆问仅对土壤有机质含量的增加存在交互效应。2、作物产量水稻秸秆还田对周年作物产量存在明显的负影响效应,且主要是由还田当季小麦产量的降低引起的。小麦秸秆还田对小麦和水稻产量均有一定的增产效应。两种秸秆对产量影响的交互效应不显著。穗粒结构和通径分析结果均表明,秸秆还田主要通过影响穗数来影响小麦产量；而水稻产量则主要受穗数和穗粒数的共同影响。3、养分吸收水稻秸秆还田降低当季小麦氮素吸收；对后茬水稻植株氮素吸收的影响,则随定位试验延长,表现出明显的增加效应。小麦秸秆还田对当季水稻植株的氮素吸收影响不显著；而对后茬小麦植株的氮素吸收则均表现出一定的增加效应。两种秸秆对水稻植株氮素吸收的交互作用不显著。水稻植株的磷含量高于小麦植株。不同季别秸秆还田下稻麦群体磷素吸收量均较低,且对其未表现出显著影响,不同处理间差异规律性不明显。这可能是由于秸秆还田对土壤磷素影响较小,且植株磷含量较低(0.2-0.3%)造成的。秸秆还田增加了作物的钾含量。从钾素吸收量结果看,水稻秸秆降低了还田当季小麦植株钾素吸收,但促进了后茬水稻对钾素吸收；小麦秸秆对还田当季和后茬作物的钾素吸收均表现出一定的增加效应；水稻秸秆和小麦秸秆对钾素吸收影响的交互效应并不显著。结果表明,水稻秸秆还田下小麦钾吸收量的减少是由群体生物量降低引起的。4、作物品质不同秸秆还田方式对稻米外观品质和加工品质均无显著影响。小麦秸秆连续还田三年后支链淀粉含量和支直比均有增加趋势,而球蛋白、醇溶蛋白、谷蛋白和总蛋白含量则下降；此外,稻米淀粉的最高粘度、冷胶粘度和崩解值均显著提高,而糊化温度有所降低。水稻秸秆连续还田对稻米品质的影响效应与小麦秸秆还田趋势相反。小麦秸秆和水稻秸秆对稻米品质影响的交互效应并不显著。结果说明,小麦秸秆还田有提高稻米蒸煮食味品质的趋势。不同秸秆连续还田3年后对小麦籽粒外观品质未表现出显著影响。水稻秸秆连续还田3年后降低了小麦籽粒粗蛋白、干湿面筋含量,增加了籽粒淀粉含量；而小麦秸秆连续还田对小麦品质的影响与水稻秸秆还田影响趋势相反。两秸秆的交互效应不显著,其在小麦籽粒粗蛋白和淀粉含量上的表现与水稻秸秆还田处理趋势相同,但在干湿面筋含量上则表现出与前茬小麦秸秆还田处理趋势相同。5、温室气体排放稻麦轮作稻田的N20季节排放量相对较低,处理间差异并不显著。CH4排放结果表明,稻田系统的CH4排放主要集中在移栽至移栽后的30-35d内,小麦秸秆还田显著增加了稻田CH4的排放通量。此外,周年两季秸秆连续还田具有与小麦秸秆连续还田相同的增加效应。水稻秸秆连续还田处理有降低稻田系统CH4排放的趋势。稻麦轮作旱作麦田CH4排放较少,处理间差异不显著,且周年两季连续还田和小麦秸秆连续还田处理表现出微弱的碳源效应,而水稻秸秆连续还田和不还田处理则表现出微弱的碳汇效应。N20排放结果表明,小麦播种后在拔节、孕穗期追施氮肥后出现两个明显的N20排放峰。稻田秸秆施用能够减少后季麦田的N20排放,稻秸当季还田(WR、R)有增加麦田系统N20排放的趋势,处理间排放差异不显著。6、周年农田生产力和温室气体排放的综合评价从土壤肥力的综合得分来看,不同季别还田方式麦后、稻后土壤肥力综合评价得分的平均值表现为：WR>R>W>CKo而周年产量生产力结果表明,小麦秸秆还田有利于产量生产力的增加；但水稻秸秆还田则由于对小麦产量的负影响而不利于周年产量生产力的提高。此外,稻麦周年农田系统全球增温潜势结果表明,周年两季还田和小麦秸秆还田处理对农田温室效应表现为一定的增加趋势,而水稻秸秆还田处理在20a尺度上表现为一定的降低效应,在500a尺度上则表现为较弱的增加效应。不同处理间周年温室效应差异主要是由稻田CH4排放引起的。以上结果说明,秸秆还田有利于维持土壤耕地现实持续生产力,并且周年两季还田的效应最为明显；从提高周年产量生产力角度,小麦秸秆还田容易实现稻麦持续高产稳产；而从环境效益的角度来看,水稻秸秆还田有利于稻麦周年农田温室气体减排的实现。