稻米是世界上主要的粮食作物之一,世界上有超过一半的人口以稻米为主食,所以稻谷的高产稳产对保障世界的粮食安全具有十分重要意义。水稻虽起源于沼泽生境,但是氧气仍然是其正常生长发育的必要条件。水稻生育中期的孕穗至抽穗期是其对氧和水需求量最大的阶段,灌水必导致根际缺氧,二者供需矛盾非常突出,也是制约常规栽培条件下水稻产量提高的因素之一。本试验于2012-2013年在河南农业大学海南和郑州科教园区水稻试验田进行,以水稻越富、早稻IRAT109、导入系IL392,黄淮地区大穗型水稻品种新丰2号和常规粳稻豫农粳6号为试验材料,采用营养液栽培和大田栽培试验的方法,利用控水和通气增氧以及开沟深耘施肥等方式,人为调控水稻根系生长环境中的氧气含量,研究水稻生育中后期土壤氧气和水分运移变化规律及不同氧环境对水稻根系生长、根际土壤微生物活性与产量形成以及衰老特性的影响,探讨土壤氧气和水分互作对水稻根系活力、根系、叶片衰老相关酶活性、籽粒灌浆特性等的影响效应,进一步揭示土壤氧气和水分互作影响水稻产量的内在生理生态机制,对于栽培调控提高水稻产量具有重要的理论和实践意义。主要研究结果如下：1.水氧运移规律研究初步表明：干湿交替条件下,稻田土壤含水量处于饱和状态时,基本监测不到土壤含氧量；而稻田土壤在慢慢变干的过程中,5cm土层土壤体积水分含量逐渐降低,土壤氧气含量逐渐升高。在水稻生育后期不同阶段,土壤氧气含量的日变化呈现先降低再升高的趋势,谷值一般出现在14：00-15：00之间,土壤含水量随时间呈波动式逐渐降低的变化趋势,土壤温度呈现先升高后降低的趋势,峰值一般出现在15：00-16：00之间。水稻开花期、灌浆期和成熟期的土壤含氧量与土壤含水量均表现出极显著负相关关系,土壤温度与土壤水分间呈显著负相关关系,而土壤氧气与土壤温度之间无显著相关关系。说明干湿交替条件下,水稻生育后期稻田土壤中的水分和氧气含量存在一定的此消彼长的关系,因此,通过适度的干湿交替管理措施,可在一定程度上调节水稻根系周围的土壤水分和氧气的平衡。2.不同供氧浓度处理的盆栽水培试验结果表明：不同供氧浓度下,水稻越富的总根长随根际氧浓度升高而缩短,而高氧与对照条件下的根表面积、总体积、平均直径均高于低氧；导入系IL392的总根长、根表面积、总体积、平均直径,处理间由高到低的顺序：对照、高氧、低氧；旱稻IRAT109的总根长、根表面积、总体积表现为低氧高于对照与高氧,增氧处理下其平均直径增加。与对照相比,低氧、高氧条件下的地上部与根干重均增加。水早稻根系在低氧条件下均会形成通气组织,且不同的品种存在一定的差异。不同氧浓度处理后,抗氧化酶活性因基因型的差异而出现不同的变化趋势,低氧处理后,三种水稻品种的超氧化物歧化酶(SOD)活性均增加,过氧化物酶(POD)活性降低。高氧和低氧处理后,导入系IL392过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量增加,早稻IRAT109过氧化氢酶(CAT)活性和丙二醛(MDA)含量降低,水稻越富YueFu的丙二醛(MDA)含量降低,过氧化氢酶(CAT)活性变化没有明显差异。3.不同增氧方式处理的大田池栽试验结果表明：在粘土条件下,通气(102、302)和控水(CW)处理增强了土壤转化酶、脲酶和磷酸酶活性；通气处理提高了根系伤流量；在灌浆期,提高了水稻根系和叶片SOD和POD活性,降低了其MDA含量,且均提高了叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性和可溶性蛋白含量,有效延缓根系衰老,保持较高活力；通气处理增加了千粒重,进而提高了水稻产量,干湿交替和控水处理因有效穗数和穗粒数的增加,从而提高了产量。在砂质壤土条件下,土壤酶活性变化比较复杂,不同年间也存在差异；在籽粒灌浆盛期,与对照(WW)相比,通气和干湿交替处理的根系伤流量基本都降低；控水处理提高了根系SOD和POD活性,降低了MDA含量,而两种通气处理效果不明显,特别是3O2处理；控水处理提高了叶片POD活性,而降低了SOD活性和MDA含量,而两种通气处理变化没有规律,效果不明显；但通气和控水处理均提高了叶片谷氨酰胺合成酶(GS)活性和可溶性蛋白含量；控水和通气处理的产量均比对照低,减产主要是由于有效穗数和穗粒数的减少,而干湿交替处理的水稻产量比对照高,但它们之间的差异没有达到显著水平。4.好气栽培方式延缓根系衰老提高产量机理研究,结果表明：与平作撒施相比,深耘施穗肥处理均显著增强了土壤酶的活性,显著提高了水稻的基部节间、穗颈节间伤流强度,其中以深耘深施处理的增强作用最明显。深耘施穗肥处理可以提高强弱势粒的灌浆速率,特别是强势粒的起始灌浆速率和最大灌浆速率,改善籽粒灌浆进程,最终提高水稻的产量。