氮(N)素是作物生长发育所需的重要营养元素。目前，太湖地区水稻平均N肥施用量已达300 kg·hm-2，有的农田甚至达到350 kg·hm-2，过量施肥的增产作用微乎其微，而利用率显著降低。氮肥过量施用会引起地下水的硝酸盐污染、湖泊富营养化和大气温室气体的增加，从而危害人类生存环境。因此，如何提高作物对氮肥的利用率，减少氮素损失同时减轻农业施肥对环境造成的污染已成为当前急需解决的问题。本研究基于长期定位试验，系统地研究了太湖地区连续不同轮作模式下稻田氮素利用特征及其环境效应，主要获得以下研究结果:　　(1)田间微区15N示踪试验结果表明，当季水稻吸收的氮素来自肥料的比例为20.9％～49.6％，休闲-水稻轮作下水稻产量的获得更加依赖无机氮肥的投入。水稻季氮肥利用率为25.0％～41.5％，肥料氮的土壤残留率为13.4％～26.1％，其中90％以上的土壤残留肥料氮集中在0～20 cm土层。不同轮作模式下，紫云英-水稻和休闲-水稻轮作下的氮肥利用率和总回收率分别为38.9％、63.5％和41.5％、57.7％，显著高于小麦-水稻轮作下的25.0％、40.0％，紫云英-水稻轮作下的肥料土壤残留率最高(24.6％)，小麦-水稻轮作下的氮肥损失率最大(p＜0.05)。　　(2)田间小区试验结果表明，稻季施肥后田面水的NH4+-N浓度是影响氨挥发的重要因素，两者呈极显著的正相关关系。综合整个稻季氨挥发损失量，紫云英还田各施肥处理为9.9～21.2 kg·hm-2，且随着施氮量的增加而增加;不同轮作方式下，休闲-水稻轮作下的氨挥发损失量最大，小麦-水稻轮作和紫云英-水稻轮作下的氨挥发损失量最小，分别为27.7、18.2和18.0 kg·hm-2(p＜0.05)。稻季氨挥发损失主要发生在基肥和分蘖肥期，穗肥期持续时间最短且损失最小。紫云英连续还田提高了水稻的基础产量和最高产量，明显的降低了最高产量的施肥量，起到了减本增效的效应。不同轮作模式稻季施氮240 kg·hm-2时，除2008年水稻产量有显著差异外，其它年份稻季所得水稻产量均未达到显著差异，但始终呈现出相似的趋势，即紫云英-水稻轮作模式下的水稻产量最高，小麦-水稻轮作次之，休闲-水稻轮作最低。　　(3)水稻生长季CH4排放呈先升高后降低趋势，CH4排放主要集中在水稻生育前期，烤田后至水稻收获CH4排放量较低;而N2O的排放则主要集中在三次施肥以及烤田期。稻季排放的CH4对总增温潜势的贡献远高于N2O，各处理所占比例为94.7％～99.6％，是温室气体减排的主要对象。不同轮作模式下，稻季CH4排放总量及其GWP存在显著差异，表现为小麦-水稻＞紫云英-水稻＞休闲-水稻轮作;稻季N2O排放总量及其GWP没有显著性差异(p＜0.05)。紫云英-水稻轮作模式下施加氮肥显著降低了CH4排放量，但不同氮肥用量下的CH4排放量没有显著性差异，但紫云英还田稻季施氮180 kg·hm-2下的水稻产量却达到9454 kg·hm-2，其增产减排综合效果应该更好。　　(4)综合生产效益和环境效益，本研究推荐紫云英还田配施氮肥180 kg·hm-2，此时既能保证水稻氮肥利用率而获得最高水稻产量，又能有效降低氮素农田施用所带来的环境风险，是太湖地区最适宜的轮作模式和氮肥用量组合。