随着人口增长、工业和生活用水数量增加以及耕地面积减少,传统淹水水稻生产正面临着前所未有的严峻挑战。因此,发展和强化推广水稻节水栽培技术已引起人们越来越多的关注。水稻覆膜节水栽培体系是解决水资源短缺、早春低温和温室气体排放等问题的有效技术措施之一。然而,区域尺度覆膜节水栽培体系对籽粒产量及产量构成因子的影响,以及该技术在有机质含量高的东北寒地稻作区的适宜性,至今鲜见报导。此外,覆膜后,土壤含水量降低、通气性增强,土壤温度和氧化还原电位升高,可能会加快土壤碳氮矿化,导致土壤有机碳氮储量降低,因此,研究区域尺度水稻覆膜节水栽培体系对水稻籽粒产量和土壤碳氮储量的影响及该体系在寒地稻作区对水稻产量和氮素利用效率的影响,对覆膜栽培体系的推广应用及维持该体系的稳定性和可持续性发展,具有十分重要的理论意义和实际应用价值。本项研究的野外试验工作,分别在湖北省十堰市和黑龙江省856农场进行。在湖北省十堰市区域尺度选取49对相邻配对地块(覆膜节水体系vs常规淹水体系),通过测定配对地块水稻籽粒产量、产量构成因子、叶片稳定性同位素13C与15N自然丰度、0-90cm土壤基础物理与化学性状、有机碳氮含量、土壤13C与15N自然丰度及氧化还原电位,阐明覆膜栽培对籽粒产量和土壤碳氮储量的影响。此外,在黑龙江省856农场农业技术推广中心进行二因素(覆膜节水体系vs常规淹水体系,施氮量：0、90、135kg N ha-1)田间试验,通过比较水稻籽粒产量、产量构成因子、生长速率与氮素利用效率,评价覆膜栽培体系在有机质含量高的东北寒地稻作区的应用效果。本项研究工作,获得以下主要结果。1、区域尺度农户田块大样本试验结果表明,与常规淹水栽培体系相比,覆膜栽培体系水稻籽粒产量平均显著提高18%,增产的主要原因是覆膜栽培体系显著提高移栽期至最大分蘖期土壤温度,提高了地上部生物量、有效穗数、平方米颖花数和结实率。2、配对地块籽粒产量的进一步统计分析表明,36对(108个重复)配对地块划分为三组：a)显著增产组(n=66),覆膜栽培体系籽粒产量平均显著提高32%;b)增产组(n=27),产量平均提高6%,但与淹水栽培体系差异不显著；c)减产组(n=15),平均降低8%,但二体系差异不显著。通过对各产量组内产量构成因子、土壤温度、氧化还原电位及叶片稳定性同位素13C自然丰度数据的分析发现,减产组内覆膜栽培体系未显著提高籽粒产量的原因是,农民在应用覆膜栽培体系时并没有严格执行该项技术的操作规程,水稻全生育期内并未保持沟内有水、厢面无水,导致覆膜体系没有起到提高土壤温度和籽粒产量的效果。3、与原有基本理论推测的结果相反,区域尺度大样本试验结果表明,常规淹水栽培转变为覆膜栽培5-20年之后,1m土层土壤有机碳氮含量与储量显著提高。究其原因是,覆膜栽培显著提高了转移到地下部的光合产物数量、可能增加了土壤稳定性团聚体数量、进入到土壤的有机物料结构可能更趋稳定,表现为潜在矿化势降低。4、与常规淹水栽培相比,覆膜栽培体系水稻叶片稳定性同位素15N和土壤15N自然丰度显著降低,间接反映覆膜栽培体系显著降低了土壤和植物叶片氨挥发损失。5、东北寒地稻作区,与常规淹水栽培体系相比,施氮量分别为0,90和135kgN ha-1时,覆膜栽培体系分别显著提高籽粒产量31%,14%和10%。6、有机质含量高的东北寒地稻作区,覆膜栽培显著提高了土壤温度,促进了土壤有机质矿化,协调了水稻营养生长和生殖生长期氮素营养失衡的矛盾,提高了生殖生长期水稻生长速率,显著提高了覆膜体系实粒数。