水稻是世界上种植最广泛的一种农作物,大约有40%的人口从水稻中获取碳水化合物。我国是世界上最大的水稻生产国,但是人口众多,因此对于稻米的需求量很大。目前提高水稻产量最有效的办法是施肥,但是肥料利用率往往不足50%。因此不仅浪费资源,而且对环境造成污染。河蟹是我国一种重要的甲壳类动物,由于其味道鲜美,具有极高的经济价值。因此,河蟹养殖热度居高不下。为了追求较高的产量和经济效益,投喂饲料是唯一的方法。而河蟹对饵料的利用率不足30%,因此,河蟹养殖水体N,P和有机颗粒物容易超负荷,造成环境污染。稻蟹共作模式是一种集水稻与河蟹为一体的模式,水稻为河蟹提供了良好的生存环境和多样化的饵料,减少了人工配合饲料的投入;河蟹通过捕食稻田中的水生动植物,加速了有机质的周转,不间断地为水稻提供营养物质,并且河蟹在稻田中扰动促进了水稻根系对营养物质的吸收。因此,二者结合具有提高资源利用率,增加水稻产量,提高综合效益等特点。目前,稻蟹共作模式在全国范围内如火如荼展开,但是关于该系统N素形态、N素在土壤-水体-空气之间的迁移和转化特征,水稻生长与N素转化的关系以及该模式对环境的影响评估等尚未可知。因此,本研究于2013年在辽宁盘锦展开,田间试验采用施N和养蟹二因素裂区设计。主因素为不养蟹与养蟹,不养蟹就是常规稻作模式,养蟹就是将大眼幼体放入稻田培育成一龄蟹种。副因素为施N肥与不施N肥,实验共4个处理,即单作稻不施N肥（R0M）、稻蟹共作不施N肥（R0C）、单作稻施N肥（R1M）和稻蟹共作施N肥（R1C）,每个处理各3个重复,研究稻田土壤无机N素,微生物量N（MBN）和酶活,田面水N素;稻田NH₃挥发,N₂O排放和N素淋溶损失;水稻生长,产量和水肥利用效率;河蟹生长和产量属性;稻蟹共作模式N素平衡等,以期为稻蟹共作模式节省N素投入,提高N素利用率和系统面源减排等方面提供理论依据,为该模式的规模化应用提供参考。研究结果如下:1.施N显著增加了全生育期土壤pH,铵态N（NH₄⁺-N）,硝态N（NO₃^--N）的含量,对土壤TN含量促进作用不显著。在施N条件下,R1C处理的土壤NH₄⁺-N为13.71 mg·kg^-1,较R1M增加8.8%（P<0.05）,但是二者土壤pH,NO₃^--N和TN含量无显著差异;在不施N条件下,R0M和R0C处理土壤pH,NH₄⁺-N,NO₃^--N和TN的含量均无显著差异。2.各处理土壤MBN均呈现先升高后降低的趋势;脲酶和过氧化氢（H₂O₂）酶活性呈先降低后升高再降低的趋势,蛋白酶和脱氢酶活性呈现先升高后降低的趋势。施N显著提高0²0 cm土壤MBN含量,0²0 cm土壤脲酶,蛋白酶和脱氢酶活性,以及0¹0 cm土壤H₂O₂酶活。在施N条件下,养蟹显著提高0²0 cm土壤MBN含量,在不施N稻田中,养蟹与否对土壤MBN影响较小。养蟹显著提高0¹0 cm土壤脲酶,蛋白酶活性和0²0 cm土壤脱氢酶活性,对10²0 cm土壤脲酶,蛋白酶活性和0²0 cm土壤的H₂O₂酶活影响较小。四种酶活之间除了H₂O₂酶活与脱氢酶活不相关外,均呈显著正相关;四种酶活与土壤MBN含量均呈显著正相关;脲酶和H₂O₂酶活性与土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量呈显著正相关,脱氢酶活与土壤NO₃^--N含量呈显著负相关,与土壤NH₄⁺-N含量不相关。蛋白酶活与土壤NH₄⁺-N和NO₃^--N含量不相关,因此稻蟹共作模式可以在一定程度上提高土壤MBN和酶活,促进酶活在土壤N素转换过程中的作用,提高土壤N素有效性。3.NH₄⁺-N是田面水N素的主要形态,占田面水TN浓度的54.6%;NO₃^--N是淋溶水N素的主要形态,占TN淋溶量的58.5%。施肥可以显著提高土壤MBN的含量,田面水N素和淋溶水N素浓度（P<0.05）。养蟹稻田的土壤MBN含量较单作稻田提高了17.7%。养蟹可以显著降低淋溶水NO₃^--N浓度（P<0.05）,但是对田面水N素和淋溶水NH₄⁺-N和可溶性有机氮（DON）浓度影响较小。淋溶水NO₃^--N浓度与田面水浓度呈线性正相关（P<0.01）,淋溶水DON浓度与土壤MBN含量呈线性负相关（P<0.01）。R1M和R1C的TN淋溶量分别占当季施肥量的7.6%和6.3%,N淋溶不是肥料N损失的主要途径。在施肥条件下,养蟹降低TN淋溶量15.0%（P<0.05）,而在不施肥条件下,降低TN淋溶量7.2%（P>0.05）。因此,稻蟹共作模式可以有效地降低稻田肥料N素的淋溶损失。4.在水稻全生育期,R0M、R0C、R1M和R1C的NH₃挥发量分别为8.56、7.37、45.64和41.34 kg N·hm^-2。施N是影响稻田NH₃挥发的主要因素,R1M和R1C的NH₃挥发量分别较R0M和R0C提高4.33倍和4.65倍。在施N稻田,NH₃挥发主要集中在淹水后10 d内,该阶段的挥发量占全生育期67.6%⁷6.7%。不施N稻田的NH₃挥发速率整体较平稳。养蟹可以降低稻田的NH₃总挥发量,从河蟹放入稻田后计,R1C的NH₃挥发量较R1M降低28.4%,差异显著;然而整个水稻生长季,R1M和R1C处理NH₃的总挥发量无显著差异。NH₃挥发速率与田面水pH,NH₄⁺-N浓度呈显著正相关。在施N稻田,NH₃挥发损失量与水稻N素积累量呈显著负相关。R1M和R1C处理NH₃总挥发量分别占当季施N量28.5%和26.0%。在不施N稻田中,养蟹对削弱NH₃挥发损失和提高水稻N素积累量的效果不显著。5.稻田N₂O排放季节变化趋势不明显,峰值出现在水稻返青期和收获期;施N显著提高稻田N₂O排放速率和排放量;在施N稻田中,稻蟹共作模式降低稻田N₂O的排放速率,显著降低N₂O的累积排放量;在不施N稻田中,稻蟹共作系统的N₂O排放速率,排放量高于常规稻田,但是差异不显著;R0M,R0C,R1M和R1C的GWP分别为29.7,33.8,211.2和151.0 kg CO₂ eq·hm^-2。N₂O排放速率与田面水DO,土壤NO₃^--N呈显著正相关;与土壤温度呈显著负相关。6.与单作稻处理相比,稻蟹共作模式显著提高了水稻的穗数,粒数/穗和产量（P<0.05）。水稻产量与其N素积累量呈显著正相关。R1C处理的河蟹存活率和产量显著高于R0C处理;饲料转化率显著低于R0C处理;河蟹规格略低于R0C处理（P>0.05）。稻蟹共作模式的N肥农学利用率（NAE）,N肥回收效率（NRE）,N肥生理利用率（NPE）和N肥偏生产力（PFP）分别比单作稻模式高9.8%（P>0.05）,7.8%（P>0.05）,2.2%（P>0.05）和12.5%（P<0.05）。此外,稻蟹共作模式土壤N素依存率（SNDR）和基础地力贡献率（BSPCR）分别较单作稻模式高5.3%和2.8%,差异均不显著（P>0.05）。7.相比R1M,R1C处理显著降低N₂O排放和N淋溶损失,对NH₃挥发的抑制不显著,不施N条件下R0C处理对N₂O排放,NH₃挥发和N淋溶损失的削弱不显著。无论施N与否,稻蟹共作模式均显著地降低了土壤N素损失总量;显著提高了水稻和河蟹的N收获量和土壤供N能力,并且在一定程度补充土壤N素亏损。稻蟹共作系统降低水稻对肥料N素的依赖,减少肥料N素的投入。在目前资源缺乏,环境污染日益严峻的条件下,采用种植和养殖相结合的方法,结合其各自的优势,充分发掘不同农业系统自身的功能,以提高系统N素的循环和利用效率,实现农业的可持续发展。因此,稻蟹共作模式在稻蟹产量,N肥效率,饲料利用率,N素损失和环境污染等方面发挥了积极的效果,适合推广和应用。