氮肥施用是提高作物产量的重要途径，然而过量的氮肥使用不但对粮食增产无益，反而会降低氮肥回报率和利用率，造成环境污染或潜在危害。作为我国粮食主产区的黄淮海平原，在近年来集约化农业的高速发展下，水肥过高投入已经引起诸多环境问题。因此，合理施用氮肥，稳定甚至提高作物产量，改善氮肥利用率，减少氮损失及其环境载荷是目前该地区农业氮素管理的重要内容。适度的水分和氮素供给是保障作物正常生长的重要条件，而且二者在作物生长过程中表现出明显的协同耦合作用。为此，可以通过水分调控和氮素管理实现水分养分供应与高产作物群体需求的时空一致，以提高氮肥利用率，减少化肥投入和氮损失，从而达到水氮耦合增效的目的，实现作物高产、资源高效和环境友好的目标。农田氮平衡是评价土壤肥力动态变化、农田生态系统可持续生产力的常用方法。本研究拟通过对不同水氮耦合条件下农田氮平衡研究，评价不同水氮组合对作物产量、氮肥利用率、农田生态环境等的影响，最后优化出最佳水氮耦合管理模式。经过近四年的连续监测，初步得出以下研究结论：　　 (1)氮肥施用显著提高了作物产量和吸氮量，但作物产量和吸氮量并不随施氮量增大而持续升高。当前试验条件下，单季施氮量为150 kg N ha-1时，氮肥回报率和当季表观利用率最高，各种途径的氮损失也很小；而单季施氮量190 kg N ha-1条件下可获得最高产量，在合理的水分管理下，氮肥回报率和当季表观利用率均较高，各种途径的氮损失也较小；随着施氮量继续增加，产量并未提升，而且氮肥回报率和表观氮肥利用率显著下降，氮淋失、氨挥发和硝化反硝化损失，以及土体无机氮残留明显增加。因此，单季施氮量超过190kg N ha-1后，氮肥经济效益不断降低，环境污染风险和载荷都不断增大。　　 (2)灌溉量增加明显促进了作物产量的形成和氮的吸收利用，明显提高了氮肥回报率和表观利用率，有效阻控了以氨挥发和硝态氮淋溶为主要途径的氮损失，并显著降低了无机氮，特别是硝态氮在土壤剖面中的残留。可以看出，水分调控在提高作物产量和氮素利用率，以及减少氮损失及其对环境的影响方面具有很大潜力。　　 (3)除施氮水平和灌溉量外，温度、大气相对湿度和降水等都是影响黄淮海地区氮素损失的重要环境因素。但在不同作物生长季或同一作物生长季的不同年际间，影响氮素损失的主控因子不尽一致。因此，在制定减少氮损失措施时需要考虑气候年型变化。　　 (4)不同水氮耦合条件下农田氮的输入输出基本处于可回收状态。从单个作物种植季来看，“丢失的氮”不确定性很大；但是从整个三年的连续观测来看，“丢失的氮”比较少，基本处于可回收状态，回收率高达90％以上。氮肥施用是黄淮海地区农田生态系统最大的外源性氮输入，而作物氮利用则是最大的氮输出，但是其所占比例主要取决于施氮量和氮损失。大气氮沉降，尤其是干沉降，是该地区农田生态系统重要的氮源，年沉降量达到40kg N ha-1以上，占施氮量的10％左右。氨挥发(特别是玉米追肥后)，和氮淋失(尤其是连续强降雨或过量灌溉后)是该地区氮损失的主要途径。硝化反硝化并非该地区氮损失的主要途径，但其中间产物-氧化亚氮是重要温室气体，也需要给予更多关注。　　 (5)氮肥施用量推荐，除了考虑目标产量下的作物吸收，还需要结合土体速效氮的库存以及管理措施保护环境。从长期试验可以看出，黄淮海地区目前的冬小麦-夏玉米轮作条件下，每季150 kg N ha-1施氮量可以维持作物正常生长和产量相对稳定，而且氮肥回报率高、损失较小，其经济效益和环境效益均较好，但是产量并未达到最高，水氮耦合增效不够显著，氮营养还可能成为作物高产的限制性因素，土体中氮库处于亏缺状态。每季190 kgN ha-1施氮量在合理水分管理下不但可以获得最高产量，而且水氮耦合增效显著，环境载荷也较小，土体中氮库基本处于动态平衡状态。因此，每季150 kg N ha-1施氮量属于优先考虑环境友好的推荐值。如果优先考虑产量，兼顾保护环境的情况下，单季190 kg N ha-1施氮量，配合合理的水分管理，作物高产、资源高效和环境友好的目标是可以实现的。　　 (6)受不同气候年型的影响，降雨量年际变化和年内分布变异较大，以及不同作物生长季和不同生育期水分需求差异明显，水分管理也应根据降水变化和作物需求作出相应调整。兼顾作物产量、氮肥利用率和氮损失的情况下，根据四年长期试验初步总结出的水分管理措施如下：丰水年间，冬季雨雪充足情况下，玉米季基本无需灌溉，小麦也不用冬灌，播种期如果土壤墒情欠佳，可适当补充土壤水分(20 mm)以保证出苗，小麦返青期追肥后，以及拔节期灌溉量均为补足40cm土体田间持水量。平水年间，除上述水分管理措施外，小麦越冬期根据土壤墒情可以适当补充水分，而且小麦扬花期如果土壤墒情不足需要灌溉至40cm土体田间持水量。缺水年间，小麦越冬前灌溉至40cm田间持水量，返青期追肥后、拔节期和扬花期均灌溉至60cm田间持水量；玉米追肥后，如果无降雨或降雨量较小(<20mm)的情况下，需要灌溉至40cm田间持水量。　　 由于气候年型变化较大，不同的年型下作物生长和农田管理措施差异明显，对不同水氮耦合条件下的农田生态过程影响较大。因此，需要继续开展系统、长期的相关研究以获取更全面的监测资料，为水氮耦合管理提供更可靠的理论依据和技术支撑。