水稻和小麦是我国两大最重要的粮食作物,实现水稻、小麦超高产对保证我国粮食安全具有重要意义。本文对稻麦超高产株型特征、群体指标、花后主要光合特性、需肥规律、肥水调控和超高产品质效应进行了较为系统的研究,主要结果如下:1.稻麦周年超高产产量2004-2006年连续2年进行稻麦周年超高产研究,并经专家实地验收,2年稻麦周年产量分别为21.02 t hm-2和22.52 t hm-2,较当地稻麦周年平均产量高出37.9%和40.8%。2.稻麦超高产的株型特征对黄淮地区129个水稻品种进行聚类分析,将供试品种分为超高产、高产、中产、中低产及低产5种类型。超高产类型品种占3.1%,低产类型品种占14.7%,高产和中高产品种占82.2%。高产和超高产水稻品种多为半直立穗型、叶片挺立,具有较高的干物质生产能力、较高的结实率和较高的经济系数。优质米品种在高产和中高产类型中较多,在超高产和低产类型中很少。垩白米率高是超高产品种米质存在的主要问题。黄淮地区超高产(> 12 t hm-2)中粳水稻品种的株型和产量构成指标:株高100-108 cm,全生育期150-155 d;有效穗数320-340×104 hm-2,每穗总粒数160-180粒,结实率> 85%,千粒重> 26 g,收获指数> 0.50;穗型半直立;穗长17-18 cm,一次枝梗数12-15个,二次枝梗数30-38个;倒1、2、3叶叶长分别为26-28、35-40和32-38 cm,剑叶角度<20o。按照产量的高低将24个黄淮麦区稻茬小麦品种分成超高产、高产、中产、低产4种类型。超高产类型品种占20.8%,低产类型品种占12.5%,高产和中产品种占66.7%。高产和超高产小麦品种穗短、穗数多、株高较高、基部节间短、穗下节间长、剑叶小且挺,具有较高物质生产能力和较高的收获指数。超高产品种全部达到优质中强筋小麦品种标准。黄淮麦区高产、超高产(>9.0 t hm-2)小麦品种的株型和产量构成指标:全生育期235 d左右;株高75 cm左右,穗下节间长28 cm以上,株高构成指数(IL)>0.61;穗长7.5-8.0 cm,每穗结实小穗数14-15个;剑叶长15-17 cm,宽1.3 cm,高效叶面积55-60 cm2,剑8叶基角<25o;有效穗数>620×104 hm-2,每穗实粒数>33粒,千粒重>42 g,收获指数>0.45。3.稻麦超高产的群体与光合特征超高产水稻(产量: 10.81-11.64 t hm-2)与高产水稻(产量: 8.98-9.16 t hm-2, CK)相比,每穗颖花数多,结实率高,千粒重与CK无显著差异;超高产水稻移栽至拔节期的茎蘖数较CK少,但分蘖成穗率较高;超高产水稻的叶面积指数、光合势和干物质积累,生育前期较CK低,抽穗期与CK无显著差异,抽穗后则显著高于CK。超高产水稻各生育时期的根冠比、抽穗至成熟的根系伤流量以及粒叶比、茎鞘物质运转率和收获指数均显著高于CK;超高产水稻花后叶面积指数(LAI)、剑叶叶绿素含量(SPAD)、光合速率(Pr)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)均显著高于对照,非光化学猝灭系数(qN)显著低于对照。提出了黄淮地区中熟粳稻超高产(>12 t hm-2)群体的生育诊断指标:总颖花量>5.2×104 m-2,结实率>90%,千粒重>26 g;茎蘖成穗率>80%,抽穗期叶面积指数7.5-8.0,全生育期光合势>5×106 m2 d hm-2,成熟期总干重>22 t hm-2,收获指数>0.50;抽穗期粒叶比[颖花/叶(cm2)] >0.58,根冠比>0.25,根系伤流量>5 g m-2 h-1。稻茬超高产小麦(产量: 9.61-9.93 t hm-2)与高产小麦(产量: 7.38-7.88 t hm-2, CK))相比,每穗粒数多,千粒重高,单位面积穗数与CK无显著差异;超高产小麦抽穗前茎蘖数较CK少,但分蘖成穗率高;超高产小麦的叶面积指数、光合势和干物质积累,生育前期较CK低,抽穗后则显著高于CK。超高产小麦抽穗期、乳熟期与蜡熟期的根冠比、根系伤流量显著高于CK;超高产小麦粒叶比、茎鞘物质运转率和收获指数均高于对照;稻茬超高产小麦花后剑叶叶绿素含量(SPAD)、光合速率(Pr)、PSⅡ最大光化学效率(Fv/Fm)均显著高于对照,非光化学猝灭系数(qN)显著低于对照。提出了黄淮地区稻茬小麦超高产(>9 t hm-2)群体生育诊断指标:单位面积穗数>680×104 hm-2,每穗实粒数>32;千粒重>42 g,茎蘖成穗率>45%;抽穗期叶面积指数6.5-7.5;全生育期光合势>7×106 m2 d hm-2;成熟期总干重>20 t hm-2;抽穗期粒叶比(粒重(mg)/叶(cm2)) >14;根冠比>0.25;根系伤流量>7.5 g m-2 h-1;收获指数>0.45。4.稻麦超高产需肥规律与对照相比,超高产水稻在有效分蘖临界叶龄期前N的吸收量较低,拔节以后的吸N量则较高;P的吸收量在各生育期均高于对照,中后期尤为明显;K的吸收量在有效分蘖临界叶龄期以前,超高产水稻与对照差异很小,自拔节起,前者则明显高于后者。超高产栽培稻田N的输入输出基本平衡,普通高产栽培稻田表现为N盈余;在两种栽培条件下P与K均表现为表观亏缺,超高产栽培尤为严重。每生产1000 kg稻谷所吸收的N、P、K,超高产水稻分别为21.6-21.9 kg、6.7-7.2 kg和24.8-25.6 kg,对照为23.8-24.3、6.8-7.3 kg和27.4-29.0 kg。与对照相比,超高产小麦越冬期N、P、K吸收量与对照无显著差异,拔节后则显著高于对照,中后期尤为明显;超高产小麦N、P、K的累积量,播种至越冬无显著差异,越冬后各生育阶段普遍大于对照。每生产1000 kg小麦吸收的N、P2O5、K2O,超高产小麦分别为30.0-30.5、9.0-9.8和32.7-33.8 kg,一般高产小麦分别为34.5-36.5、10.3-10.8和36.3-38.9 kg。5.稻麦超高产的肥水调控建立了超高产水稻的实地氮肥管理模式:应用Stanford公式确定氮、磷、钾总施肥量,依据叶色或叶片含氮量与叶绿素测定仪(SPAD)值或叶色卡(LCC)读数的对应关系,确定主要生育期(分蘖期、穗分化期和雌雄蕊形成期)水稻需氮供氮的的SPAD和LCC临界值,并结合品种的源库特征,对氮肥追肥的施用期和施用量进行调节。建立了大田期超高产精确灌溉的技术模式:(1)从移栽至返青建立浅水层;(2)返青～有效分蘖临界叶龄期前2个叶龄期(N-n-2),进行间隙湿润灌溉,低限土壤水势为-5～-15 kPa;(3) N-n-1叶龄期～N-n叶龄期,进行排水搁田,低限土壤水势为-15kPa～-25 kPa,并保持1个叶龄期;(4)N-n+1叶龄期～二次枝梗分化期初,进行干湿交替灌溉,低限土壤水势为-20~-30 kPa;(5)从二次枝梗分化期～出穗后10天,进行间隙湿润灌溉,低限土壤水势为-5～-15 kPa;(6)从抽穗后11天～抽穗后45天,进行干湿交替灌溉,低限土壤水势为-10～-25 kPa。实地氮肥管理与精确灌溉技术有显著的增产、节肥与节水效果。建立了超高产小麦实地氮肥管理模式:应用Stanford公式确定小麦氮、磷、钾总施肥量,依据叶色或叶片含氮量与SPAD值读数的对应关系,确定主要生育期(分蘖期、穗分化期)小麦需氮供氮的SPAD值或LCC临界值。提出了稻茬小麦超高产灌溉技术:在3叶1心期施促蘖肥前视墒情(土壤水势<-40kPa)灌水;在旗叶露尖时施保花肥前视墒情(土壤水势<-40 kPa)灌水;在扬花期视墒情(土壤水势<-40 kPa)灌水。每亩每次灌溉水量20-25 m3,实地氮肥管理模式和超高产灌溉技术取得了明显的增产、节肥和节水的效果。6.稻麦超高产栽培的品质效应超高产栽培可以显著降低稻米垩白度与垩白粒率,增加稻米的糙米率和整精米率,对直链淀粉含量和稻米RVA特征值没有显著影响;超高产栽培显著提高了稻米中的蛋白质含量、总氨基酸含量、必需氨基酸含量和非必需氨基酸含量。与普通高产栽培相比,超高产小麦栽培可以显著增加籽粒的容重、湿面筋含量、粗蛋白质含量、清蛋白、醇溶蛋白和谷蛋白的含量,对球蛋白含量与谷醇比无显著影响。超高产栽培对淀粉黏滞谱(RVA)特征值的影响因小麦品种而异。