不同种植制度因作物类型及其配套田间管理措施的差异影响着土壤碳输入与排放、土壤有机碳的稳定性,继而对农田土壤理化特性、氮素转化与利用产生影响。玉米-晚稻水旱轮作（MR）是近年来在长江中游发展的新型种植模式,为明确其对稻田土壤碳库及氮素利用的影响,本研究以双季稻系统（RR）为对照,利用13C和15N同位素标记技术,分析了玉米与早稻光合碳在作物-土壤系统中的分配规律,秸秆碳与根源碳（根系与根际沉积）对土壤有机碳组分贡献的差异,探明了两种种植模式温室气体排放和肥料氮吸收利用的规律,以期为长江流域种植制度的合理调整及稻田综合功能提升提供依据,深化作物-土壤互作理论认识。结果如下:（1）与双季稻系统相比,玉-稻系统能够显著提高作物生产力,两年内MR周年平均地上部生物量和产量分别比RR高36%和38%。同时,玉米与早稻季分别有16.6%～21.3%、5.0%～6.9%的光合13C输入到土壤中。与标记结束后1 d相比,玉米和早稻成熟期向地下部分配比例显著增加且在0-10 cm 土层13C分配比明显高于10-20cm 土层。（2）玉-稻与双季稻系统前作根源碳对土壤有机碳的贡献存在显著差异。至前季作物成熟期,玉米与早稻光合碳对土壤可溶性有机碳（DOC）的贡献率分别为1.01%和0.85%,两者差异不显著;玉米光合碳对土壤微生物量碳（MBC）的贡献率为3.57%,显著低于早稻光合碳（9.80%）;玉米光合碳对0-10 cm 土层与10-20 cm 土层总有机碳（TOC）的贡献率分别达到2.58%和2.35%,均显著高于早稻光合碳1.61%0.35%的贡献率。（3）玉-稻与双季稻系统前作光合碳对晚稻季土壤有机碳组分的贡献存在显著的差异。至晚稻成熟期,玉米与早稻秸秆碳对土壤DOC、MBC、微团聚体内颗粒有机质（iPOM）、微团聚体内受保护粉黏粒（instra-SC）、非闭蓄态粉黏粒（free-SC）等有机碳组分的贡献率分别达到0.12%与0.49%、2.22%与0.91%、0.35%与0.12%、0.32%与1.28%、0.47%与0.16%,两者均差异显著。玉米与早稻根源碳对土壤DOC、MBC、iPOM、instra-SC、free-SC等有机碳组分的贡献率差异显著,分别为 0.23%与 3.13%、0.87%与 1.02%、、1.00%与 1.92%、1.49%与0.39%、0.77%与1.30%。前作根源碳对晚稻季DOC和各颗粒有机碳组分的贡献率明显高于前作秸秆碳,而对MBC的贡献率则低于秸秆碳。（4）两年13C标记秸秆降解试验表明:玉米秸秆与早稻秸秆对土壤各有机碳组分的贡献率均随时间推移呈下降趋势。两年内,在培养中期和后期玉米秸秆碳对DOC和iPOM的贡献率均显著高于早稻;在培养前期对MBC、fPOM和instra-SC的贡献率显著高于早稻;而对free-SC的贡献率一直显著高于早稻。培养末期,玉米和早稻秸秆碳对DOC、MBC、iPOM、instra-SC和free-SC的贡献率分别为:2.48%与 2.05%、28.68%与21.75%、19.14%与 13.82%、13.34%与 12.72%、16.59%与14.99%。2年间玉米和早稻秸秆碳对未受保护轻组颗粒有机质（fPOM）的贡献率下降幅度最大,分别从64.39%与51.22%下降至5.26%与9.77%。（5）玉-稻系统与双季稻系统对土壤碳、氮排放的影响具有明显的差异。第一季作物生长期间MR模式土壤N2O和CO2排放显著高于RR,而CH4排放则显著低于RR。第二季晚稻生长期间MR模式土壤N2O排放显著高于RR,而CH4和CO2排放显著高于RR。周年内MR模式N2O和CO2累积排放量均显著高于RR,分别高出2.58倍和0.32倍,而周年CH4累积排放量显著降低了 1倍。MR模式的周年综合增温潜势（GWP）显著高于RR44.8%但温室气体排放强度（GHGI）显著低于RR。（6）与双季稻系统相比,玉-稻系统能够显著提高当季和残留氮肥利用率。第一季作物成熟时,MR模式肥料氮残留量、回收率和利用率均显著高于RR模式,分别比早稻高115%、92.7%和198%;而早稻季的肥料氮损失率显著高于玉米季106%。玉米肥料氮对当季土壤总氮（TN）和微生物量氮（MBN）的贡献率和贡献量均显著高于早稻,而在总水溶性有机氮（TDN）中则相反。第二季晚稻成熟期MR残留肥料氮的利用率高于RR 102%;而前季作物秸秆氮利用率则相反,RR 比 MR高138%;玉米秸秆氮对晚稻成熟期土壤TDN和MBN的贡献率和贡献量均显著高于早稻秸秆。综上所述,玉-稻系统能够显著改变稻田碳循环过程,提高了氮肥利用率。玉米光合碳通过根际沉积与秸秆还田进入土壤有机碳库,在土壤MBC及稳定性有机碳库中的固存量明显高于早稻。玉-稻系统增加了 N2O和CO2的排放而降低了 CH4的排放,虽然GWP有所增加但GHGI显著降低。