为明确中国水稻优势产区生产格局变化和水稻施肥研究现状，以中国知网、中国农村统计年鉴及2021年国家科学施肥指导意见为信息来源，对我国水稻生产与施肥研究的文献发表情况、类型、项目分布、研究机构、种植面积、产量变化及肥料用量等进行整合分析。结果表明，2011—2021年，我国水稻种植面积除2017年、2019年有所波动外，其余年间均处于动态平衡状态，水稻总产和单产均有不同程度的波动并呈现出稳步增加趋势；长江流域中游地区水稻年种植面积最大、总产量最高；长江流域下游地区水稻平均单产最高，达8 142.9 kg/hm²。元分析表明，优化水稻施肥模式、减肥增效及改良栽培技术等仍是国家、社会和学者关注的重点。2013—2021年间，全国有关水稻产量与施肥研究发表的文献每年均保持在700篇以上，2019年达到922篇，整体发文量呈现出缓慢上升后下降的趋势，其中，长江流域中游地区累计发表相关文献最多，占全国发文量的33.0%，已发表的文献类型主要以技术应用型为主。综合2011—2021年水稻产量与施肥研究数据，发现在同一产量水平下，水稻优势产区施肥量与国家推荐的施肥量仍存在一定差异，其中，长江流域下游的钾肥用量和东南沿海地区的磷、钾肥用量均有较大减量潜力，其他水稻主产区部分农户盲目施用氮、磷、钾肥的现象依然存在。因此，各地区仍要根据水稻产量水平结合施肥效应和推荐施肥技术因地制宜、科学合理施用化肥。

氮素对植物生长发育及提高产量和品质至关重要，但过度施用氮肥会造成资源浪费和环境污染，因此，深入理解植物氮素利用的遗传分子机制对改良作物氮素利用效率具有重要意义。系统总结了近几年植物氮素感知与转运途径、氮素同化途径及植物响应氮素信号的转录调控途径等方面的研究进展，以及作物氮高效相关基因的遗传定位和氮素调控途径研究结果在作物育种中的应用现状，这些研究将为培育高产、高效、绿色作物新品种奠定基础，促进作物生产可持续发展。同时探讨了未来在如何建立氮高效评价体系、完善氮素利用分子调控网络、协同调控植物氮高效、产量和品质等重要性状、挖掘作物种质资源中优异氮素利用关键基因资源，以及建立作物氮素高效分子育种技术体系研究方面亟待解决的问题。

【目的】 研究抗倒酯对优质稻抗倒伏能力及产量与米质的影响。【方法】 以优质稻品种丰锦和沈农09001为试材,在分蘖期、拔节初期、孕穗期叶面喷施不同浓度(0、90、180和360 mg/L, 1200 L/hm²)的抗倒酯,以倒伏指数、抗折力以及抗推力作为评价植株抗倒伏能力的指标,研究抗倒酯对优质稻抗倒伏能力及产量和米质的影响。 【结果】 施用抗倒酯可以改善水稻茎秆的形态和解剖结构,提高植株抗倒伏能力。随着施用浓度的增加,株高降低,重心下移,基部第1、2、3节间长度缩短,茎秆粗度及茎壁厚度增加,大、小维管束数目、大维管束面积先增加后降低,抗折力和植株抗推力增加,倒伏指数降低,抗倒伏能力增加。不同施用时期处理间抗倒伏能力有显著差异,在孕穗期施用对提升抗倒伏能力最有效。随着施用浓度的增加,有效穗数、结实率、穗粒数显著降低,千粒重显著增加,而穗长显著降低,产量随之显著降低。施用时期越往后移,产量降幅越高。蛋白质含量随着施用浓度的增加而增加,大米食味值呈下降趋势,糙米率、精米率显著下降,对其他米质性状无显著影响。施用时期越晚对水稻外观品质及营养品质影响越小,稻米品质较好。【结论】 随着抗倒酯浓度的增加优质稻的抗倒伏能力随之增强,产量和加工品质及营养品质虽有所下降,但可以一定程度弥补因倒伏而造成损失,因此抗倒酯可以作为提高抗倒伏能力的作物生长调节物质应用于优质稻生产中,最佳施用浓度和施用时期组合为拔节始期时施用180 mg/L(1200 L/hm²)的抗倒酯。

施用氮素穗肥是水稻增产的一项重要管理措施, 但其用量对不同穗型超级稻品种的增产效应及其机制尚不明确。本研究选用3个穗型(以每穗粒数表示)差异较大的超级稻品种南粳9108 (小穗型)、扬两优6号(中穗型)和甬优1540 (大穗型)为材料, 在基蘖肥用量相同(162 kg N hm^-2)的情况下, 研究了0、54、108、162和216 kg km^-2五种穗肥施氮量对上述水稻品种产量的影响, 并观察了其对颖花分化退化及抽穗后相关形态生理指标的调控效应。结果表明: (1) 在0~216 kg hm^-2穗肥施氮量范围内, 随施氮量增加, 水稻每穗粒数均逐渐增加, 结实率和粒重逐渐降低, 且穗肥施氮量越高结实率和千粒重下降越明显。南粳9108、扬两优6号和甬优1540三个水稻品种在穗肥施氮量分别为162~216、108~162和54~108 kg hm^-2时产量最高。依据产量与穗肥施氮量曲线方程计算出上述3个品种高产最适穗肥施氮量分别为177.6~182.0、134.3~136.3和109.9~125.7 kg hm^-2。(2) 总体而言, 穗型大的品种产量高, 穗型小的品种穗肥增产效应大。施用穗肥后小穗型品种二次颖花分化数和现存数增加幅度大是其增产效应高于中、大穗型品种的主要原因。(3) 3个水稻品种在高产的穗肥施氮量条件下, 高效叶面积率、粒叶比(颖花/叶、实粒/叶和粒重/叶)、非结构性碳水化合物(non-structural carbohydrate, NSC)转运量、糖花比、抽穗后0~40 d根系氧化力、颖花根活量和籽粒与根系玉米素(zeatin, Z)和玉米素核苷(zeatin riboside, ZR)含量高。相关分析表明, 不同穗型超级稻品种产量与以上指标基本呈显著或极显著正相关关系。上述结果表明, 穗肥施氮量应根据穗型大小进行调节。适宜的穗肥施氮量有助于在较高总颖花量的前提下, 保持抽穗后较高的高效叶面积率、粒叶比、NSC转运量、糖花比、根系氧化力、颖花根活量和籽粒与根系中Z + ZR含量, 这有利于维持较高的结实率和粒重, 从而提高水稻产量。

为探明淮北地区不同机械化种植方式对优质食味粳稻产量及品质的影响, 以中熟中粳品种南粳2728和南粳505, 迟熟中粳品种南粳9108和南粳3818为材料, 研究毯苗机插和机械直播两种种植方式对水稻产量及其构成因素、茎蘖动态、叶面积指数、干物质积累及比例、加工品质、外观品质、蒸煮食味品质、营养品质和RVA谱特征值的影响。结果表明, 相同品种, 与机械直播比, 毯苗机插产量显著提高, 因为毯苗机插条件下群体结构合理, 穗数适宜, 茎蘖成穗率高, 中后期叶面积指数大, 叶面积衰减率低, 从而其抽穗后干物质积累量和比例高。毯苗机插种植方式下的糙米率、精米率和整精米率分别增加2.3%~3.1%、1.2%~2.7%和1.8%~3.2%, 但垩白有所增加。同时营养和蒸煮食味品质中的蛋白质含量提高而直链淀粉含量降低, 胶稠度变长, 增加了淀粉RVA谱特征值中峰值黏度、热浆黏度、崩解值, 减小消减值, 除南粳2728外, 最终黏度也均提高。相同种植方式下, 与迟熟中粳比, 中熟中粳产量极显著提高, 是因为其抽穗期和成熟期提前, 灌浆结实期日均温度、抽穗后30 d日均温度平均分别提高1.07°C和1.18°C, 所以其各生育期叶面积指数高, 结实期叶面积衰减率低, 抽穗至成熟期干物质积累量和比例高。中熟中粳精米率和整精米率显著提高, 垩白有所提高, 蛋白质含量提高, 直链淀粉含量降低1.5%~5.1%, 胶稠度变长7.0~16.7 mm, 峰值黏度和崩解值提高, 最终黏度和消减值降低。因此, 淮北地区选择中熟中粳优质食味粳稻品种并配套毯苗机插方式是实现粳稻优质、高产和温光资源高效利用最佳生产模式。

以江苏优质食味水稻代表性品种南粳5055和南粳46为材料，在总施纯氮量为300 kg hm-2条件下，设置9∶1、8∶2、7∶3、6∶4、5∶5、4∶6共6种基蘖肥与穗肥比例运筹，探讨秸秆全量还田与不同氮肥运筹比例对机插优质食味水稻产量及稻米品质的影响。结果表明，与秸秆不还田相比，秸秆全量还田具有显著的增产效应，南粳5055、南粳46平均增产5.04%、4.64%；随基蘖氮肥占总施氮量比例下降，秸秆全量还田机插粳稻产量呈先增后减趋势，基蘖氮肥与穗氮肥比例为7∶3时，水稻产量最高。秸秆全量还田显著增加了稻米的蛋白质含量，降低了垩白率和垩白度，对改善稻米的外观品质和营养品质有一定作用。秸秆全量还田还有利于蒸煮食味品质的改善，显著提高稻米的崩解值和食味值，显著降低稻米的消减值。提高穗肥占总施氮量的比例可以显著改善稻米的加工和营养品质，提高整精米率，但同时增加了稻米垩白，降低了稻米外观品质，且稻米蒸煮食味品质也有所下降。

【目的】适当减少氮肥投入是水稻生产中可持续性的管理措施。研究减施氮肥对华南地区早晚兼用型水稻产量和稻米品质的影响，可为‘丝苗米’品种的优质丰产栽培和氮素管理提供理论依据。【方法】于2022—2023年在广东省农业科学院大丰试验基地开展了2年原位大田试验，以2个早晚兼用型‘丝苗米’品种（19香、南晶香占）为试验材料，采用双因素裂区试验设计，主区为减少20%氮肥施用量（RN）和常规氮肥施用量（CN）2个处理，裂区为水稻品种，比较分析减氮条件下早晚兼用型水稻产量和稻米品质的变化特征。【结果】与CN相比，RN条件下的早晚兼用型水稻晚季产量无影响，但显著降低早季产量，2年平均降幅为11.7%，早季产量的降低主要与其总颖花数的减少有关。RN对早季稻米精米率、垩白粒率和垩白度无影响，但显著降低早季整精米率，2年平均降低3.30%；RN对早季米饭硬度无影响，显著降低稻米中蛋白质含量、米饭黏性和食味值，平均降幅分别为0.61%、12.80%和2.80%，而显著提高稻米中直链淀粉含量，平均提高1.23%。RN对晚季稻米精米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、直链淀粉和蛋白质含量、米饭硬度和黏性以及食味值均无显著影响。另外，RN条件下早季整精米率的降低可能与蛋白质含量下降有关，米饭黏性和食味值的降低与直链淀粉含量升高有关。【结论】短期减施氮肥降低早晚兼用型水稻早季产量、稻米加工品质和食味品质；但减施氮肥并不影响早季外观品质，晚季产量、加工品质、外观品质以及食味品质。因此，在早晚兼用型水稻生产中，早季应保障充足的氮素供应以维持水稻产量和品质；而在当前氮肥施用水平下，晚季减施20%氮肥仍可实现水稻稳产优质。

以北方超级稻沈农265为材料，分析了不同氮肥用量及前氮后移模式对水稻产量及品质的影响。结果表明，施纯氮210 kg/hm2、基蘖肥与穗粒肥比为6∶4时，齐穗后30 d，对倒1叶的叶绿素SPAD值有促进作用，还会显著增加倒2叶、倒3叶的叶绿素SPAD值；成熟期穗重占有优势，产量最高，达8 364.0 kg/hm2。增施氮肥和前氮后移模式虽能增加沈农265的稻米蛋白质含量，但同时也使稻米直链淀粉含量和食味品质下降。

【目的】本研究旨在阐明实地氮肥管理对不同氮响应粳稻品种产量、氮肥利用效率和稻米品质的影响。【方法】以4个粳稻品种(淮稻5号、连粳7号、宁粳1号和扬粳4308)为材料,设置了氮空白、农民常规施肥和实地氮肥管理3个氮肥处理,观察了不同氮肥处理下产量构成、氮肥利用效率和稻米品质的变化特征。【结果】与农民常规施肥相比,实地氮肥管理显著提高了水稻的产量和氮肥利用效率。实地氮肥管理显著提高了水稻的整精米率、胶稠度、热浆黏度和崩解值,显著增加了稻米中清蛋白和谷蛋白的含量,显著降低了垩白度、直链淀粉含量和糊化温度。依据不同品种在较低施氮量下产量和氮肥利用效率的响应,将供试品种分为A型(淮稻5号和连粳7号)和B型(宁粳1号和扬粳4038)。与氮响应B型品种相比,氮响应A型品种的整精米率、清蛋白和谷蛋白含量、崩解值较高,垩白度、直链淀粉含量、消减值较低。【结论】实地氮肥管理可以提高不同粳稻品种的产量和氮肥利用效率,对氮响应A型品种的效果更为明显,其米质对氮肥的响应更为敏感。

以杂交稻F优498为材料,研究了高、低土壤肥力下麦秆覆盖与氮肥运筹对杂交稻主要生育期氮素吸收利用特征、产量及米质的影响,并探讨了不同土壤肥力下麦秆覆盖和氮肥运筹对结实期剑叶SPAD值与稻米品质的形成的影响。结果表明,不同土壤肥力下,麦秆覆盖均有效促进杂交稻各生育时期氮素积累,提高了氮素利用效率以及稻谷产量,增加了稻米蛋白质含量、稻米胶稠度,显著降低了稻米垩白度以及垩白粒率,且高土壤肥力下麦秆覆盖优于低土壤肥力下麦秆覆盖处理。同时,不同土壤肥力下麦秆覆盖处理,均以m_基肥:m_蘖肥:m_穗肥为3:3:4的氮肥运筹模式最优,均能有效调节水稻灌浆结实期叶片SPAD值,提高水稻氮素吸收利用效率及稻谷产量;但稻米品质方面,高土壤肥力以m_基肥:m_蘖肥:m_穗肥为5:3:2时最佳;而低土壤肥力可适当提高氮肥后移比例,以m_基肥:m_蘖肥:m_穗肥=3:3:4最佳。相关分析表明,水稻灌浆期剑叶SPAD值与稻米出糙率、整精米率以及蛋白质含量显著或极显著正相关(r=0.47^*~0.90^{**});与垩百度、垩白粒率负相关,但相关未达显著水平;而高土壤肥力下稻米品质各项指标分别与齐穗后19~27 d剑叶SPAD值,低土壤肥力下麦秆覆盖与齐穗后13~19 d剑叶SPAD值相关系数最大。

【目的】植物根系形态对于适应低磷胁迫具有一定的可塑性,对提高磷的吸收利用具有重要意义。因此,本研究以长江中下游地区主推的102个水稻品种为供试材料,研究根系形态与水稻幼苗磷吸收利用的相关性。【方法】采用国际水稻所营养液培养方法,研究在NH₄⁺-N和NO₃^–-N供应条件下苗期植株生物量、磷含量和磷素累积量及其与根系形态指标的相关性。【结果】研究结果表明,在相同供氮水平(40 mg/L)下,供应NH₄⁺-N时,水稻苗期平均生物量为67.87 mg/株,比供应NO₃^–-N时高4.27 mg/株;水稻苗期平均磷含量为0.49%,比供应NO₃^–-N时高0.10%;水稻苗期平均磷累积量为0.37 mg/株,比供应NO₃^–-N时高0.10 mg/株。在NH₄⁺-N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>总根长>分支数>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的规律;在NO₃^–-N条件下,水稻根系形态指标变异系数呈现根尖数>分枝数>总根长>总根面积>交叉数>总根体积>平均根系直径的趋势。在NH₄⁺-N条件下,总根长、总根面积、分枝数、交叉数四个形态指标与植株生物量、磷含量、磷累积相关最为显著(P<0.01),而在NO₃^–-N培养下,总根长、总根面积、根尖数、交叉数与植株生物量及磷素吸收累积指标相关性最为显著(P<0.01)。【结论】供应氨态氮,水稻营养指标与根系形态指标的相关性更高。水稻苗期根系总根长、总根面积、交叉数可作为水稻磷高效评价的重要指标。

【目的】 研究不同株行距配置对超高产田水稻产量的影响，明确增密栽培模式增产的机理。【方法】 于2020－2021年以辽粳419为试材，以农户习惯栽培(LFM)、常规增密配置(CHMD)、窄行增密(NHDM)和两种宽窄行配置(WNHDM₁和WNHDM₂)共计5种模式为处理，以水稻根系形态和生理特性及产量为主要研究内容，探究株行距配置对超高产田水稻产量及根系形态生理特性的影响，阐明增密模式水稻根系分布与产量构成因素的关系，揭示水稻超高产田增密模式水稻增产的机理。【结果】 同LFM相比，WNHDM₁和WNHDM₂分别提高有效分蘖数19.24%和18.16%，单穗成粒数、结实率等保持稳定；WNHDM₁和WNHDM₂行内(窄行)区域根系指标较其他模式并未降低，而行外(宽行)区域差异较大，总根长、总根径、总根表面积、总根体积及总根干质量在两个生长季平均增加21.07%和26.76%、10.71%和9.18%、21.13%和26.77%、21.15%和27.62%及23.48%和29.71%；齐穗期和灌浆期水稻根系形态指标与有效穗数和产量正相关。【结论】 优化株行距配置增密模式，为水稻提供了根系行内、行外不对称生长空间，形成了根部边际效应，提高了水稻群体根干质量、根系表面积和根体积并保持了较强的根系氧化力，促进有效穗的形成，达到增产的目的。

【目的】研究水稻（Oryza sativa）氮高效利用基因型根系形态和活力变化，为根系的栽培调控和育种改良提供理论依据和技术参考。【方法】选择前期筛选出的水稻氮利用效率高低不一的基因型为试验材料，在比较氮利用效率基因型差异的基础上，采用水培试验，利用根系分析系统提取苗期至抽穗期不定根、粗分枝根和细分枝根的长度、表面积和体积等形态指标数据，探讨各类根形态与氮吸收的关系，同时分析氮高效利用基因型中典型材料不同供氮水平下根系活力变化。【结果】（1）水稻产量和氮利用效率呈现极显著的基因型差异，氮高效利用基因型籽粒产量、籽粒氮积累量、氮素干物质生产效率、氮素籽粒生产效率和氮素收获指数比低效基因型高50.20%、34.20%、11.48%、26.01%和12.50%。拔节期和抽穗期水稻干物质量、氮积累量与籽粒产量、氮素籽粒生产效率、氮素收获指数均呈现显著或极显著正相关，抽穗前（特别是拔节期和抽穗期）的物质积累和氮的吸收显著影响水稻产量和氮利用效率的提高。（2）低氮水平下，氮高、低利用效率基因型间的根系形态指标差异显著。细分枝根根长占水稻总根长的比重最大，为73.40%，且高效基因型在苗期、分蘖期、拔节期和抽穗期比低效基因型分别高32.09%、14.66%、14.40%和12.69%；粗分枝根表面积和体积分别占水稻总表面积和总体积29.81%和43.50%，其中高效基因型粗分枝根表面积在拔节期和抽穗期比低效基因型分别高94.70%和64.38%，体积分别高90.24%和58.18%；不定根根长、表面积和体积分别占水稻总根长、总表面积和总体积19.68%、36.66%和41.19%，且高效基因型不定根根长、表面积和体积在拔节期比低效基因型高40.84%、44.90%和51.02%，差异最大。（3）氮高效利用基因型根系吸收面积和还原力随着氮水平的提高显著降低，而氧化力变化不大。相同氮水平下，氮高效利用基因型拔节后总吸收面积、活跃吸收面积、氧化力、还原力分别为低效基因型的1.3—2.1倍、1.1—3.2倍、1.0—3.0倍、1.4—2.2倍。（4）低氮水平下，粗分枝根的根长、表面积和体积对氮积累量影响程度最大，为47.1%—78.4%。粗分枝根的发育情况直接影响氮的吸收，从而影响水稻产量和氮利用效率。【结论】低氮条件下良好的根系形态和生理活性是水稻氮高效利用的重要特征。培育氮高效利用基因型，可对水稻营养生长期根系形态和活性加以遗传改良，尤其是提高粗分枝根的比例，以期塑造良好的根系构型。

【目的】研究穗分化末期至灌浆初期土壤干旱对优质食味粳稻根系形态生理与叶片光合特性的影响，为水稻抗旱栽培提供理论参考。【方法】以南粳9108和丰粳1606为供试材料，分别在穗分化末期至籽粒灌浆初期20 d(BAH)、穗分化末期10 d(BH)与灌浆初期10 d(AH)设置轻度干旱(LD, ψ_soil = −20±5 kPa)、重度干旱(SD, ψ_soil = −40±5 kPa)及常规水分(CK)处理。【结果】1）在处理结束当天、处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，根长、根表面积、根体积、根尖数、根干质量与根系活力均表现为SD<LD<CK，根冠比呈相反趋势。在处理结束时，BAH时段SD、LD均与CK差异显著，除根冠比外，BH、AH时段SD与CK差异显著，LD与CK无显著差异。处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，BAH时期SD与CK差异显著，除根尖数外LD与CK差异不显著，BH时期SD根系部分指标与CK差异显著，AH时期水分处理间无显著差异。2）在处理结束时、处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，剑叶净光合速率(P_n)、蒸腾速率(T_r)、气孔导度(G_s)、胞间CO₂浓度(C_i)、最大光化学效率(F_v/F_m)、光化学猝灭系数(q_p)均表现为SD<LD<CK，非光化学猝灭系数(NPQ)呈相反趋势。在处理结束时，BAH时段SD、LD各指标均与CK差异显著，除C_i外SD、LD间差异也显著，BH、AH时段SD各指标均与CK差异显著，LD与CK差异不显著。在处理结束后10 d、穗后30 d与成熟期，BAH时段SD与CK差异显著，LD与CK差异多不显著，BH时段SD的P_n、T_r、F_v/F_m较CK差异显著，而AH时段各指标在水分处理间差异多数不显著。3）三处理时段下各胁迫处理间产量均表现为SD<LD<CK，BAH、BH时段不同水分处理间差异显著，AH时段LD、CK间无显著差异，但二者均与SD差异显著。【结论】BAH时期轻度干旱、重度干旱均会抑制根系生长与叶片光合能力，显著降低产量，其中轻度干旱影响较小。BH时期土壤重度干旱时，根、叶形态生理指标在处理结束后难以恢复至对照水平，AH时期轻度干旱、重度干旱处理各指标在处理结束后能较快恢复。可见，在穗分化末期至灌浆初期，水稻根系和叶片生长对穗分化末期干旱胁迫更为敏感。