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稻田N肥投入量持续增加,在实现水稻产量稳定增加的同时,如何减少化肥N用量、减小N损失及其对环境的负面影响是当前我国稻田生产面临的重大挑战。系统了解稻田生态系统的N素来源和去向情况,即探究N素各项输入和输出途径的基本规律,再依据这些规律提出并制定科学合理的N肥施用及管理措施,对于稻田乃至农业生态环境可持续发展具有重要意义。本研究于2017-2018年在湖南双季稻区开展田间小区试验以及15N微区试验,按N肥用量设4个施N量（以纯N计）处理:N0（对照,不施N肥）、N1（早晚稻均为90 kg/hm~2）、N2（早稻120 kg/hm~2,晚稻135 kg/hm~2）、N3（早稻150 kg/hm~2,晚稻180 kg/hm~2）,小区试验连续两年定量研究双季稻田N吸收以及N肥各损失途径的情况,计算周年N收支差,初步揭示双季稻田N收支平衡特征;微区内2017年施用15N标记尿素,研究各处理的15N吸收利用、15N在土壤中的残留及15N损失率,明确肥料15N的不同去向及其占比,2018年施用等量未标记尿素,分析各处理残留15N的吸收利用和损失率。研究结果如下:1.在N吸收方面,水稻产量随施N量的增加显著提高,N2、N3显著高于N1,N3高于N2,但无显著差异;各处理双季稻籽粒产量为8869.6～11002.1kg/hm~2、秸秆产量为8666.2～10744.2 kg/hm~2;水稻N积累量也随施N量增加显著增加,单季水稻平均吸N量为70.6～112.5 kg/hm~2、双季稻吸N量为140.8～226.5kg/hm~2;各处理N肥平均吸收利用率为25.6%～28.7%、农学利用率为6.5～8.3kg/kg、生理利用率为23.8～27.0 kg/kg、偏生产力为33.5～56.1 kg/kg,N2处理N肥吸收利用率最高;2.在N损失方面,N3处理各途径损失量均为最高,N2略高于N1但差异不显著,各处理单周年氨挥发损失量为20.04～111.97 kg/hm~2、损失率为22.33%～26.68%,N2O损失量为1.38～3.15 kg/hm~2、损失率为0.49%～0.72%,淋溶淋失量为5.10～40.97 kg/hm~2、淋失率为8.63%～10.87%,径流流失量为3.78～12.98 kg/hm~2、流失率为1.67%～3.38%,单周年土壤无机N残留量为-5.70～41.53 kg/hm~2、全N残留量为-15.18～53.02 kg/hm~2;3.在N收支方面,各处理N盈余量随施N量的增加而增加,N3处理盈余量最高,N2略高于N1,2017年各施N处理N盈余量为13.05～32.20 kg/hm~2,2018年盈余量为29.18～39.90 kg/hm~2,周年N盈余量呈上升趋势。双季稻田N收支途径中,肥料是N素的最主要来源,N输出以作物吸收为主,且氨挥发和N淋溶损失也是重要的N输出途径;N2处理是较为合适的施N量水平,即在农民习惯施肥量（N3）的基础上减N 20%～25%,既能保证双季稻N素吸收量和利用率,也能降低N素损失量和盈余量;4.15N试验结果表明,微区内差减法N肥吸收利用率随施N量的增加显著下降,2017年早晚稻N肥吸收利用率分别为42.14%～46.62%和35.45%～43.08%,2018年分别为37.93%～42.56%和37.20%～44.51%;示踪法2017年早稻15N回收率为24.49%～24.53%,晚稻15N回收率为25.32%～26.59%,晚稻略高于早稻,各处理15N回收率相近,无显著差异;水稻积累的N素主要来自于土壤,土壤N贡献率达71.16%以上;各处理肥料15N去向基本一致,作物吸收、土壤残留和总损失分别约占25%、23%和52%;肥料15N主要残留在0～20 cm土层中,约占总残留量的77%,20～40 cm土层约占19%,40～60 cm土层约占4%;上一季水稻残留的N肥,可供下一季水稻吸收利用,是土壤N库的补充,0～20 cm土层残效最好,2018年两季水稻累积残留15N吸收率为8.13%～9.28%,累积损失率为38.68%～52.97%,最终残留率为38.90%～52.05%。