近年来,东北稻米市场需求量增加,寒地黑土区水稻种植面积迅速扩大,随之也出现了水资源消耗快速增加、氮肥过量施用、秸秆露天焚烧和温室气体排放增加等一系列问题。因此,本研究以水稻秸秆资源化利用、提高水氮利用率和减少温室气体排放为目的,通过选择合理的水炭氮运筹模式,为同步实现东北寒地稻作节水、增产、高效与减排协同提升提供理论和技术依据,对农业的可持续发展具有重要意义。本研究采用灌溉模式、施氮量和生物炭施用量3因素全面试验,设置浅湿干灌溉（D）和常规淹灌（F）两种水分管理模式;生物炭施用量设4个水平,即0t/hm2（B0）、2.5t/hm2（B1）、12.5t/hm2（B2）、25t/hm2（B3）;施氮量设2个水平,即85kg/hm2（N1）、110kg/hm2（N2）。在试验小区内设置了15N示踪微区,每个试验小区内设置1个微区,即同一处理下设置3个分处理:M1、M2、M3,共48个处理。以常规淹灌作为对比,应用15N示踪技术,对整体的氮肥利用率进行细分,研究两种灌溉模式下施加生物炭水稻对基蘖穗肥的吸收转运和水稻成熟期不同阶段施用的氮肥在植株各器官的分配情况,以及水稻收获后基肥、蘖肥、穗肥和肥料整体在稻田土壤中的残留情况和在不同深度土层的分布规律。研究了不同水炭氮运筹下稻田CH4和N2O排放的季节变化规律,观测了稻田土壤温度、土壤无机氮含量等环境因子,分析主要环境因子变化对稻田CH4和N2O排放季节变化规律的影响,明确了稻田环境因子、氮肥利用和损失率与CH4和N2O排放的关系,并计算了温室气体的全球增温潜势（GWP）和排放强度（GHGI）。通过基于熵权法的模糊综合评判对产量、水分利用效率、氮肥吸收利用率、氮肥损失率、GHGI、利润等指标进行评价,筛选出适宜寒地黑土稻田节水、增产、减排的水炭氮运筹模式。主要结果如下:（1）水稻对基肥、蘖肥和穗肥的吸收利用率分别为15.55%～23.93%、31.68%～53.24%、48.82%～77.73%;常规淹灌模式下水稻对基肥-15N吸收利用率高于浅湿干灌溉模式,且随着生物炭施用量的增加而增大;浅湿干灌溉模式水稻蘖肥-15N吸收利用率显著高于常规淹灌（P<0.05）;当生物炭施加量为0～12.5t/hm2时,两种灌溉模式水稻成熟期穗肥-15N吸收利用率随着生物炭施加量的增加而增大,且浅湿干灌溉模式显著高于常规淹灌（P<0.05）。水稻成熟期籽粒中氮素仅有15.00%～22.06%来自于花前茎鞘和叶片积累的肥料氮素,当生物炭施加量为0～12.5t/hm2时,稻作基肥-15N、蘖肥-15N和穗肥-15N转运对籽粒的贡献率都随着生物炭施入量的增加而增大。水稻成熟期不同阶段施加的肥料氮素在植株各器官的积累量由大到小均为穗、茎鞘、叶片,施加一定量的生物炭有利于增加穗部肥料氮素的分配量。稻作肥料总氮素吸收利用率与蘖穗肥吸收利用率和蘖穗肥氮素转运对籽粒的贡献率呈极显著正相关（P<0.01）,与基肥的吸收利用率和基肥氮素转运对籽粒的贡献率呈显著正相关（P<0.05）;不同阶段施用氮肥的吸收利用率与相应的氮素转运对籽粒的贡献率均呈极显著正相关（P<0.01）;穗肥吸收利用率和穗肥氮素转运对籽粒的贡献率与水稻成熟期穗中穗肥积累量占植株氮素总积累量的百分比呈显著正相关（P<0.05）。（2）当生物炭施加量在0～12.5t/hm2时,水稻收获后两种灌溉模式下施用的氮肥在土壤中总残留量均随生物炭施入量的增加而增大,且两种灌溉模式之间的差异显著（P<0.05）,稻作浅湿干灌溉模式施用的氮肥在土壤中的总残留量在22.54～37.86kg/hm2范围内变化,施用的肥料-15N有26.52%～39.14%残留在土壤中,较常规淹灌显著增加。稻作浅湿干灌溉模式基肥-15N在稻田土壤中的残留率为24.59%～52.16%,蘖肥-15N的残留率为24.24%～43.50%,穗肥-15N的残留率为11.58%～25.67%。当生物炭施加量在0～12.5t/hm2时,两种灌溉模式的基肥和蘖肥-15N在土壤中的残留量均随生物炭施入量的增加而增大,而穗肥-15N在土壤中的残留量随生物炭施入量的增加而减小,稻作浅湿干灌溉模式基肥-15N、蘖肥-15N和穗肥-15N在土壤中的残留量较常规淹灌增加;施加25t/hm2的生物炭对稻作浅湿干灌溉模式基肥-15N、蘖肥-15N和穗肥-15N在土壤中的残留量产生负效应。两种灌溉模式之间相同土层深度的肥料-15N的残留量差异显著（P<0.05）,当生物炭施加量在0～12.5t/hm2时,相同生物炭施用水平下稻作浅湿干灌溉模式各阶段肥料氮素在0～20cm的残留量均高于常规淹灌;与常规淹灌相比,稻作浅湿干灌溉模式降低了各阶段施加的肥料-15N在40～60cm土层的残留量。（3）浅湿干灌溉模式水稻本田生长期CH4排放通量出现3次峰值,常规淹灌模式出现2次排放峰值。两种灌溉模式所有处理的CH4的排放通量最高峰值均出现在拔节孕穗期。浅湿干灌溉和常规淹灌模式CH4排放通量最大值的处理是DB0N2和FB0N2,最大值分别为23.51mg/（m2·h）和45.13mg/（m2·h）,而CH4的排放通量最小值的处理是DB3N1和FB3N2,最小值分别为0.58mg/（m2·h）和0.86mg/（m2·h）。常规淹灌模式N2O的排放通量最高峰值出现在分蘖末期（晒田期）,而浅湿干灌溉模式N2O的排放通量最高峰值则出现在拔节孕穗期。浅湿干灌溉和常规淹灌模式水稻本田生长期N2O排放通量最大值的处理是DB0N2和FB0N2,最大值分别为58.37ug/（m2·h）和41.03ug/（m2·h）;N2O排放通量最小值的处理是DB2N1和FB3N2,最小值分别为0.57ug/（m2·h）和-7.75ug/（m2·h）。稻作浅湿干灌溉模式的CH4累积排放量较常规淹灌显著降低（P<0.05）,而N2O累积排放量显著高于常规淹灌模式（P<0.05）,施加生物炭能够有效地减少水稻本田生长期CH4和N2O的排放量。两种灌溉模式在分蘖期和拔节孕穗期CH4和N2O排放量较大,浅湿干灌溉模式的各生育期CH4排放量均小于常规淹灌,而各生育期N2O排放量比常规淹灌大。两种灌溉模式水稻本田生长期各处理CH4和N2O排放通量与当日最低气温均达到显著相关（P<0.05）,各处理CH4排放通量与当日平均气温呈极显著相关（P<0.01）。两种灌溉模式水稻本田生长期CH4和N2O排放通量和各土层温度之间均达到极显著相关（P<0.01）,浅湿干灌溉模式CH4和N2O排放通量与10cm土层温度的相关性最高,常规淹灌模式CH4和N2O排放通量与5cm土层温度的相关性最高。两种灌溉模式水稻本田生长期各处理CH4排放通量与稻田土壤NO3--N均达到显著负相关（P<0.05）。两种灌溉模式下CH4和N2O排放总量与氮肥整体、基肥、蘖肥和穗肥吸收利用率均达到显著或极显著负相关。浅湿干灌溉模式下CH4和N2O排放总量与氮肥整体、基肥和蘖肥损失率均达到显著或极显著正相关,与穗肥损失率相关性不显著（P>0.05）;常规淹灌模式下CH4和N2O排放总量与氮肥整体、基肥、蘖肥和穗肥损失率均达到显著或极显著正相关。相同生物炭和氮肥施用量下浅湿干灌溉模式单位产量CH4排放量显著低于常规淹灌模式（P<0.05）,单位产量N2O排放量高于常规淹灌模式,浅湿干灌溉模式的GWP、GHGI显著低于常规淹灌模式（P<0.05）,施加生物炭能够有效地减少GWP、GHGI。寒地黑土稻田选择合理的水炭氮运筹模式可以有效地解决秸秆露天焚烧、水氮利用率低和温室气体排放增加等问题,同时又可以达到增产的目的。通过基于熵权法的模糊综合评判模型筛选发现DB2N2处理最优,即浅湿干灌溉模式+12.5t/hm2生物炭+110kg/hm2氮肥模式可以达到节水、增产、高效、减排的目的。