近60年来,我国的粮食生产取得了巨大成就,以占世界7%的耕地养活了占全球22%的人口。在粮食生产中,化肥,尤其是氮肥的投入发挥了重要作用。但是,我国粮食生产正面临着化肥施用过量、增肥不增产、养分利用率低等问题。过量的氮肥投入也加剧了土壤酸化、水体污染、温室气体排放等环境问题,对我国的生态环境和民众健康构成威胁。适当地减少氮肥投入,能够在保证粮食生产的同时,减轻因过量施氮对环境造成的危害。水稻是我国主要的粮食作物之一。包括沪、苏、浙、徽、闽、赣、湘、鄂、粤和桂在内的我国南方10个省(市)的年均水稻种植面积占全国水稻种植总面积的69%,水稻产量占全国水稻产量的68%,而化肥氮投入量占全国水稻化肥氮用量的74%。定量估算该地区经济适宜施氮量和生态适宜施氮量,并在此基础上评价氮肥投入对产量及环境的影响,将有助于我国农业关于低能耗、低污染研究的展开。本研究的目的包括两个方面：1)定量估算我国南方10个省(市)水稻最高产量下的施氮量、经济适宜施氮量和生态适宜施氮量,评价在实际施氮和不同施氮情景下,水稻产量及化肥氮利用、损失的变化；2)定量研究稻田各种途径的化肥氮损失,评价施氮量增减对环境的影响。本研究采用模型的方法估算适宜施氮量。通过大量文献调研,获得研究区域稻田氮肥施用量、水稻产量和植株氮肥吸收量的数据,利用数据建立统计模型。基于边际损失和边际收益平衡,估算研究区域稻田最高产量下的施氮量、经济适宜施氮量和生态适宜施氮量,以探讨不同施氮情景下水稻的产量、植株化肥氮吸收量、化肥氮土壤残余量和稻田化肥氮损失量。采用排放因子法估算稻田以NH3、N2O、NO、径流和渗漏等形式损失的化肥氮,探讨不同施氮情景下各种途径化肥氮损失的减少。研究结果显示,1999-2008年,我国南方稻区水稻化肥氮(包括氮肥和复合肥氮)年均施用量为198 kg ha-1。其中,双季籼稻施氮量为172kg ha-1,单季籼稻为203 kgha-1,单季粳稻为313kg ha-1。不同类型水稻的单位面积氮肥施用量存在明显的地区差异,但年际差异不明显。受水稻种植面积减少的影响,1999-2008年,研究区域稻田化肥氮投入总量呈减少趋势。区域平均氮肥利用率(包括地上部和根系的化肥氮吸收量)为44%,损失率为38%,残留率为18%,并表现出省份和水稻类型间的差异。由于施氮量高,江苏和上海水稻的化肥氮损失率分别为47%和46%,高于其他各省份。化肥氮损失率低于区域水平的省份有安徽、江西、湖北、湖南。模型估算结果显示,我国南方水稻最高产量下的施氮量为126-236kg ha-1,经济适宜施氮量为104-192kg ha-1,生态适宜施氮量为69-115 kg ha-1。不同类型水稻的化肥氮吸收量及产量存在差异,均表现为单季稻高于双季稻,杂交稻高于常规稻。在不考虑其它农业管理措施的前提下,1999-2008年,除湖南省和湖北省的双季籼稻外,研究区域各省水稻实际施氮水平高于最高产量下的施氮量,而实际产量略低于最高产量。如果以经济适宜施氮量和生态适宜施氮量为目标施氮量,研究区域的稻田化肥氮施用量可减少38%-57%,水稻产量可减少5.0%-10.9%,氮肥利用率增加5.6%-6.7%,化肥氮损失率减少4.8%-18.4%。减少氮肥施用对水稻产量的影响不明显,但可减少化肥氮损失。1999-2008年,研究区域稻田以NH3、N2O、NO、渗漏和径流等形式损失的化肥氮分别占氮肥投入总量的18.0%、0.4%、0.04%、0.5%和4.4%。各种途径化肥氮损失总量最高的省份为江苏省和湖南省,但前者是由于单位面积施氮量高,而后者则是由于水稻种植面积大。在最高产量、经济适宜和生态适宜施氮情景下,各种途径的化肥氮损失减少在25%-60%之间。研究区域稻田因施用氮肥直接和间接排放的N2O总量为24.3Gg N2O-N yr-1其中,以直接形式排放的N2O占排放总量的64.7%,以NH3形式间接排放的N2O占29.4%。在不同施氮情景下,研究区域稻田N2O排放总量减少6.2-13.8 Gg N2O-N yr-1,增温潜势减少2.9-6.5 Tg CO2equiv. yr-1。江苏、广东、广西表现出较大的增温潜势减缓潜力。本研究基于边际损失和边际收益平衡建立统计模型,估算了稻田生态适宜施氮量,该方法从作物氮肥利用和环境效益的角度确立施氮量,不同于以往以经济收益为施肥标准的推荐施氮量；根据不同的施氮情景,定量评价了南方稻区的实际氮肥施用量,并对经济适宜施氮量和生态适宜施氮量进行定量化；在区域尺度上,估算了稻田各种途径的氮肥损失量,及氮肥减施后对环境压力的减缓。本研究综合考虑了不同施氮情景下的作物化肥氮吸收、农田化肥氮损失和作物产量,以期为客观评价农田氮肥施用、确定合理的氮肥推荐施用量提供参考。