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提高作物产量的同时降低环境代价是当前农业绿色发展面临的两大难题。氮肥应用对保障全球粮食安全具有重要意义,但是氮肥的不合理施用造成了严重的环境问题。玉米是全球重要的粮食、饲料及能源作物,而制种玉米是保障玉米生产和国家粮食安全的基石。本文首先应用生命周期评价法（LCA）结合土壤氮平衡模型评估了制种玉米生产农学与环境效应现状,并通过两年的制种玉米田间定位试验开展系统优化,研究不同氮水平以及不同类型氮肥的对制种玉米的增产、增效、减排潜力,探究了制种玉米氮素管理的新途径和新方法,主要结果如下:（1）对中国新疆制种玉米生产区域的6家公司的150名农户的制种玉米生产过程的活性氮损失和温室气体排放运用生命周期评价法（LCA）进行量化分析。结果表明,该区域制种玉米产量平均为7.0 Mg ha-1,制种玉米生产过程平均活性氮损失为53 kg N ha-1,温室气体排放为8077 kg CO2 eq ha-1。氮足迹平均为12.2 kg N Mg-1,碳足迹平均为1495 kg CO2 eq Mg-1。氮肥和灌溉用电是温室气体高排放的主要贡献因子,分别占总量的60%和30%。不同企业种子生产的温室气体排放量因资源投入的不同而存在较大差异。调研农户产量分组分析表明,产量前25%农户制种玉米的碳足迹比总体平均低27%。情景分析表明,降低氮投入量、优化灌溉和提高产量可最终使杂交玉米种子产量碳足迹减少37%。综合系统方法（例如,ISSM:土壤-作物系统综合管理）可减少制种玉米生产的温室气体排放。本研究为降低杂交玉米种子生产系统的环境效应提供依据与策略。（2）连续2年的制种玉米氮水平田间小区试验表明,制种玉米父母本生物量的累积随供氮水平的提高而增加,产量随供氮水平的增加呈线性加平台的变化趋势。优化施氮量(240 kg N ha-1)同时实现了较高的产量、氮肥利用率和籽粒氮浓度,两年结果较为一致。氮肥施用量为168 kg ha-1（N168）处理在试验第2年达到较高产量,但籽粒氮浓度低于N240处理。母本秸秆及父本整株氮浓度均为高氮处理高于低氮处理;灌浆期母本实现最大生物量的临界氮浓度为15.08 g kg-1,收获期母本生物量与氮浓度呈线性相关。各追施氮肥处理的花后生物量两年均大于花前,且随供氮水平提高而提高,花后氮吸收比例随供氮水平的变化规律与生物量一致。过量施氮（N320）处理与N240处理的产量水平、生物量累积和氮吸收均无显著差异。综合考虑产量与制种玉米品质时,N240可作为该区域制种玉米生产的推荐施氮量。优化施氮通过调控制种玉米父母本花前花后氮吸收比例可实现增产增效。研究揭示了优化施氮量稳定花前氮吸收,保障花后氮供应是制种玉米高产高效的关键,为制种玉米绿色生产提供了理论依据。（3）基于制种玉米不同供氮水平的田间定位试验,应用生命周期评价法（LCA）结合氮平衡模型比较了不同处理的环境效应,结果表明优化氮水平（N240）提高了制种玉米地上部氮吸收并未产生过量氮盈余或氮亏缺,N240平均氮盈余为12 kg N ha-1,比过量施氮（N320）降低83%,N240平均表观氮损失量为75 kg N ha-1,比N320降低了46%。N240和N320处理间产量无显著差异。N240活性氮损失、氮足迹分别为24.4 kg N ha-1和8.1 kg N Mg-1,较N320分别降低了24%的活性氮损失和10%的氮足迹,N240的温室气体排放和碳足迹分别为5783 kg CO2 eq ha-1和1108 kg CO2 eq Mg-1,比N320分别降低了14%温室气体排放的和11%的碳足迹。用于制种玉米灌溉的电力排放以及由施氮引起的排放分别占总温室气体排放的43%和45%。在综合考虑产量、品质和环境效应的情况下,N240保证了制种玉米氮素积累,提高了籽粒产量,兼顾高产和低环境代价的较优选择。（4）开展连续两年的田间定位试验,研究不同种类新型氮肥对制种玉米农学效应的影响。第一年尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂和控释肥处理产量无显著差异,分别比对照高出85%和80%,尿素硝酸铵溶液和尿素硝酸铵配合硝化抑制剂产量较低,比尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂的产量低24%和28%;第二年尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂处理产量最高,为8.8 Mg ha-1,尿素、控释肥和尿素硝酸铵溶液产量无显著差异,尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂产量最低,为6.9 Mg ha-1。处理对产量构成因素影响最显著的是穗粒数,百粒重各处理无显著差异。母本生物量变化区间从2.8-18.4 Mg ha-1,收获期母本生物量表现为尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂最高为20.6 Mg ha-1,分别比控释肥、尿素、尿素硝酸铵溶液和尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂处理高7.3%、12.6%、18.4%和24.8%。与尿素相比,除尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂处理外,其他新型氮肥均提高了籽粒氮浓度。尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂处理籽粒氮浓度为15.2 g·kg-1,其次是尿素硝酸铵溶液14.7 g·kg-1,控释肥的籽粒氮浓度与尿素处理差异不显著。最低为尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂,分别低于尿素硝酸铵溶液和控释肥处理12.2%和9.5%。母本生物量变化区间为2.8-18.4 Mg ha-1。土壤无机氮硝态氮高于铵态氮,在0-30 cm土层,控释肥的硝态氮浓度为35.4 mg kg-1显著高于其它处理,尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂的硝态氮浓度为13.3 mg kg-1。对不同形态氮处理的农学效应分析,有助于我们筛选更合适的新型氮肥,为提高制种玉米产量和肥料利用效率,降低氮素盈余与表观损失提供科学依据。（5）基于制种玉米应用不同新型氮肥的连续两年田间定位试验,对制种玉米生产环境效应、经济效益和生态经济效益进行分析。结果表明,尿素处理的活性氮损失为77.5 kg N ha-1,与尿素处理相比,控释肥、尿素硝酸铵溶液、尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂和尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂分别比尿素处理降低活性氮损失43%、9%、37%和55%,控释肥比尿素处理降低39%的氧化亚氮排放,尿素硝酸铵溶液与尿素处理相比,可降低38%的氧化亚氮排放,尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂和尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂分别比尿素硝酸铵处理降低60%和50%的氧化亚氮排放。单位面积上新型氮肥的温室气体排放比尿素处理降低2%-10%,田间施用阶段,控释肥、尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂和尿素硝酸铵溶液配合脲酶抑制剂处理分别比尿素处理降低排放39%、56%和57%。尿素处理酸化潜力为132 kg SO2 eq ha-1,分别比控释肥、尿素硝酸铵、尿素硝酸铵配合硝化抑制剂和尿素硝酸铵配合脲酶抑制剂高出50%、56%、24%和86%。氮肥田间应用占总富营养化潜力的75%,尿素处理的富营养化潜力为36.5 kg PO4 eq ha-1,比控释肥、尿素硝酸铵配合硝化抑制剂、尿素硝酸铵配合脲酶抑制剂分别高出59%、44%和87%,灌溉电力的能量损耗占总消耗的66%。环境破坏成本最高的是尿素处理,分别比新型氮肥控释肥、尿素硝酸铵、尿素硝酸铵溶液配合硝化抑制剂和尿素硝酸铵配合脲酶抑制剂高出22%、18%、16%和36%。生态经济效益最高的处理是尿素硝酸铵配合脲酶抑制剂,两年平均为25.7×10~3￥ha-1,其次是控释肥处理,平均为22.6×10~3￥ha-1,尿素硝酸铵配合硝化抑制剂生态经济效益最低,比尿素硝酸铵处理低27%。尿素硝酸铵配合脲酶抑制剂的生态经济效益最高,其次是控释肥,二者均可作为新型氮肥在制种玉米生产中推广使用,本研究对新型肥料的应用提出三点科研展望:（i）可以通过政府给农户补贴的方式来降低新型肥料使用的成本,（ii）可通过免税等方式,鼓励新型氮肥生产厂家进行产品研发及降低价格;（iii）出台农作物种植肥料投入指导标准,宏观控制各作物体系的氮肥投入量。