水稻作为中国最重要的粮食作物之一,其年生产量对国家粮食安全和社会稳定非常重要。中国的水稻生产能否满足未来的粮食需求,取决于未来全国水稻种植面积的的变化,提高产量潜力和实际产量以增加稻谷总产量,总产量的增速与粮食需求的增速是否匹配。本研究采用国际上通用的产量差评估系统,通过分析水稻的潜在产量、农民实收产量以及两者之间的差距来评估在现有耕地面积基础上中国水稻生产潜力及其可增长幅度。此外,本研究重点关注作为我国重要商品粮基地的长江中下游地区。有研究表明,近年来该地区水稻产量增长缓慢甚至停滞。为此,本研究试图通过品种和栽培两方面进一步探究长江中下游稻区的增产途径。综上,主要开展了以下模型模拟和试验验证研究:(1)通过选取各水稻主产区的代表性品种对ORYZA v3模型进行校验,为潜在产量的模拟奠定基础;(2)评估中国水稻潜在产量和产量差,且按单、双季稻作系统对中国不同地域的水稻单产和总产进行系统、全面的评估;(3)从品种角度出发,通过模拟籼粳杂交稻在长江中下游地区的产量来进一步探究该地区潜在产量的提升空间;(4)通过设置五个品种和3个播期进行大田试验以获得不同温光配置类型。测定水稻相关的生长形态、产量和品质指标,探明长江中下游地区温光资源特征及最适温光配置。主要研究结果如下:1.通过校验正后的ORYZA v3模型能够较好地模拟中国各水稻主产区的潜在产量。校正后该模型校正值与实际值之间的均方根误差值(RMSE)在产量、地上部生物量和生育期上分别为0.94 t/ha、1.05 t/ha和4 d,标准化均方根误差(RMSEn)分别为9%、5%和5%,R2值分别为0.83、0.87和0.97。而验证结果也有相似结论,表现出RMSE、RMSEn较小和R2接近1,证明了该模型能够较准确地模拟出高产水平下水稻生长与干物质分配的过程,从而能够较好地模拟产量。2.通过选择具有代表性的气象站点,对各个站点进行潜在产量的模拟,再将潜在产量、农民实际产量和产量差升区,得到全国水平的潜在产量、农民实收产量和产量差,分别为9.76 t/ha、6.78 t/ha和2.98 t/ha,因此全国平均产量差为潜在产量的31%。此外,单、双季稻的平均产量差为潜在产量的28%、34%,说明双季稻的单产具有更大的提升空间。而对于可达到总产(潜在总产的80%)而言,单、双季稻具有同等的增产潜力(7-8%),但是在达到潜在产量的80%之前,双季稻对总产的贡献率大于单季稻。此外,在中国水稻主要种植区域中,长江中下游地区的潜在产量和农民实收产量大于其它水稻主产区,产量差相对较小。在水稻主产省份中,当前水稻总产最高且总产量的可提升空间最大的省份为湖南、黑龙江和江西。3.通过不同情景模式,分析了缩小产量差与2030年中国水稻粮食供需平衡的关系。几种典型的未来情景设定及分析结果如下:(1)若产量差缩小到潜在产量的26%,到2030年中国的水稻生产可达到供需平衡;(2)若产量差缩小到潜在产量的20%,中国水稻总产还可比预计需求多出约19 Mt,相当于8%的耕地面积上所能生产的水稻产量;(3)若保持目前产量水平(产量差31%),且耕地面积维持不变,需进口11 Mt水稻粮食才能满足未来需求,相当于全球水稻贸易总量的18%左右,将对国际水稻市场造成一定影响;(4)若保持目前产量水平,且耕地面积下降10%,则需进口约32 Mt水稻粮食才能满足未来需求,相当于全球水稻贸易总量的50%左右,将对国际水稻市场造成巨大冲击。4.以甬优12号为代表的籼粳杂交稻品种在中国长江中下游单季稻区种植的平均潜在产量为13.90 t/ha,平均产量差为6.15 t/ha,当前农民实收产量为甬优12潜在产量的55%,因此可提高空间还有近45%。据估算,若使用籼粳杂交稻品种作为长江中下游地区的中稻品种,该地区的中稻潜在产量可提高20%左右。此外,当籼粳杂交稻品种的产量达到其潜在产量的80%,其它地区保持当前产量不变,中国在未来(2030年)的水稻总产量也可满足人们的粮食需求,且总产量可多出约6 Mt。5.通过大田播期试验,将供试的各品种和播期的组合以温度为主要因子,划分为3种温光配置类型。配置一(LH):温度前低后高,营养生长期比灌浆期温度低至少2℃;配置二(MM):温度变化居中,营养生长期和灌浆期温度相近(26℃左右);配置三(HL):温度前高后低,营养生长期比灌浆期温度高至少2℃。在这3种配置类型中,温度前高后低型的产量、品质和温光资源利用效率均最高。通过分析3种温光配置类型的温度分布特征发现,在长江中下游地区,当营养生长期温度范围在26-28℃,辐射在16 MJ m-2 d-1以上,且灌浆期温度范围在22-27℃时,相对产量大于1,有利于水稻获得高产。通过线性分析发现,当营养生长期温度、灌浆期温度分别在28℃、22℃左右时,产量、品质以及资源利用效率最高。