水稻是重要的粮食作物,为满足日益增长的人口对粮食的需求,确保水稻产量的进一步提高迫在眉睫。随着工业用水和城市用水的快速增长,农业用水日益短缺,严重威胁着常规淹水栽培体系的产量与稳定。为解决灌溉水的供需矛盾,水稻覆膜节水栽培体系应运而生。在水分缺乏和早春低温的水稻种植地区,该体系在大大减少灌溉水用量的同时,还可提高籽粒产量和资源利用效率、降低温室气体排放、增加土壤碳氮储量。然而,关于覆膜水稻的光合生理特性及根系形态,则鲜见报道。上述参数,对于解释覆膜水稻的增产增效机理、优化氮肥管理和维持覆膜栽培体系的可持续性和稳定性,都具有十分重要的意义。本项研究的田间试验工作在湖北省十堰市房县进行,包括三个主要研究内容。(1)、连续三年的二因素(栽培体系、氮肥施用)三水平定位试验,研究了常规淹水和覆膜栽培体系水稻光合特性和根系生长的差异。通过测定最大分蘖期和抽穗扬花期的单叶和群体光合速率、根干重、根长密度、根表面积、收获期的籽粒产量和水分利用效率等参数,解释覆膜水稻增产增效的机理;(2)、连续两年的生物可降解膜田间试验,以生物可降解膜代替塑料膜,配合尿素分次施用,验证优化的覆膜栽培体系和氮肥施用方法,能否进一步提高水稻产量和氮肥利用率。(3)、完善和改进水稻植株δ13C值的样品采集和测定方法,使之更为简捷和有效地用于评价水稻生理水分利用效率:水稻根系样品采集、扫描和计算参数的完善,使之测定值更加准确可靠。获得以下结果:(1)最大分蘖期,覆膜栽培较常规淹水显著提高了水稻叶片和群体的光合速率;抽穗扬花期,覆膜水稻叶片光合速率低于淹水栽培,群体光合速率二者无差异。最大分蘖期水稻的叶片和群体光合速率与地上部干重、籽粒产量和水分利用效率,呈显著正相关关系。如何优化覆膜体系氮肥管理,提高生育后期单叶水平光合速率,是进一步提高覆膜水稻籽粒产量的光合生理基础。(2)0-10、10-20、20-40cm土层内,覆膜栽培水稻根干重、根长密度和根表面积,均显著高于常规淹水栽培;抽穗扬花期,水稻根干重、根长密度和根表面积,均与籽粒产量和水分利用效率,呈显著正相关关系。覆膜栽培促进水稻根系生长发育,可避免水稻倒伏、提高土壤有机碳储量,是水稻覆膜旱作可持续性发展的理论基础。(3)覆盖生物可降解膜,与尿素一次性施用相比,尿素分次施用或尿素与鸡粪配合施用,显著提高了水稻籽粒产量、有效穗数和每平方米颖花数,改善了从拔节孕穗期到成熟期的作物生长速率和氮素吸收速率,显著提高了氮肥利用率。因此,应用生物可降解膜代替塑料膜,可对覆膜水稻生长后期进行追肥,既能提高籽粒产量和氮素利用率,还可降低塑料膜的环境污染。(4)最大分蘖期,水稻全株δ13C值与灌溉水和总水分利用效率,呈显著正相关关系,而抽穗扬花期,二者并不存在显著相关性。2013年水稻全株δ13C值,显著高于2014年,这是由于2013年移栽到最大分蘖期的光照强度显著高于2014年,而其他气象、土壤等因素并没有显著差异。总之,最大分蘖期采集全株水稻测定δ13C值,更能表征全生育期的水稻生理水分利用效率;不同年份间光照强度的差异,对δ13C值存在显著影响,在数据评价中应引起重视。(5)当WinRhizo软件灰度阈值设置为225时,水稻根长测定值与实测值,呈显著正相关关系,且绝对值差异最小。