传统淹水水稻生产存在耗水量大、水氮利用效率低以及排放大量温室气体的缺点。近年来随着水资源日益匮乏,传统水稻生产正面临严峻挑战。因此,发展节水稻作生产体系已引起研究者们广泛关注。其中,水稻覆膜栽培是近二十年发展起来的一项新型节水增产栽培技术。然而,以往关于水稻覆膜栽培技术的研究,主要集中在覆膜体系单一水氮管理方式下产量效应的比较,缺乏不同水分和氮肥管理对该体系生产力和资源利用效率的定量研究；此外,覆膜后追肥困难,生产上往往将全部肥料一次性基施,造成水稻生殖生长期缺氮,抑制了水稻覆膜栽培体系增产潜力的进一步发挥；其次,由于覆膜栽培土壤含水量降低、氧化还原电位升高,可能出现水稻微量元素缺素症。如何从栽培、水分和养分管理角度,更好地改善水稻覆膜栽培体系作物生长、资源利用与产量形成,对提高该生产体系的稳定性与可持续性具有十分重要的意义。基于上述背景,本研究包括三个试验：1、综合性田间试验布置在湖北省十堰市房县(2012-2013年),评价三种栽培体系(覆膜湿润、覆膜湿润-旱作、常规淹水)下,氮素管理对水稻籽粒产量、水氮利用效率、产量构成因子和作物生长指标的影响；2、长期定位试验布置在湖北省十堰市张湾区(2003-2012年),比较覆膜湿润栽培体系下,控释肥、硝化抑制剂、有机无机肥配施对水稻籽粒产量、产量构成因子、作物生长速率与氮素利用效率的影响,提出适合实际生产的氮肥施用模式；3、室内水培试验在德国哥廷根大学完成(2013-2014),揭示氮素形态和锰浓度对水稻生长、光合生理、氮素和微量元素营养的初步规律。1.两年的综合性田间试验结果表明,与常规淹水栽培体系相比,覆膜湿润栽培体系和覆膜湿润-旱作栽培体系,①水稻籽粒产量分别显著提高8.6%和8.9%,增产的主要原因是显著提高了有效穗数；②分别节约灌溉用水54%和184%,显著提高总水分利用效率和灌溉水利用效率、氮肥农学利用效率和回收利用率：③水稻叶片光合速率有增加的趋势,叶片和植株地上部13C自然丰度显著提高,13C自然丰度与总水分和灌溉水水分利用效率,以及与叶片水分利用效率均呈显著相关关系；④水稻根系生物量、根长密度、根长、根表面积和根体积均显著提高,促进了深层土壤根系生长。2.十年长期定位试验结果表明,①应用缓控释肥或尿素配施有机肥,可以改善覆膜栽培体系水稻生殖生长阶段作物生长速率和氮素吸收速率,提高了穗粒数和结实率,进而显著提高籽粒产量和氮肥利用效率；②应用硝化抑制剂可以满足水稻对铵态氮的偏好吸收,但加剧了生殖生长期水稻缺氮的症状,表现在穗粒数和结实率降低,未能提高覆膜栽培体系水稻籽粒产量和氮肥利用效率；③单一施用有机肥,显著降低了水稻前期地上部干物质积累,出现营养生长阶段水稻生长减缓的现象,导致有效穗数显著降低,水稻籽粒产量下降。综上所述,从实用性角度考虑,有机无机配施是进一步发挥水稻覆膜栽培体系增产增效的氮肥管理措施。3.室内水培实验表明,①营养液中供锰浓度为0μmol/L时,与供应硝态氮相比,供应铵态氮显著降低水稻分蘖数、生物量和净光合速率,地上部铁、铜含量显著升高,加重水稻缺锰症状；②营养液中供锰浓度为0.28和1.12μ mol/L时,随着营养液锰浓度增加,供应铵态氮时水稻分蘖数、地上部和根系生物量显著提高；供应硝态氮时,未能促进水稻分蘖和生物量增加。植株地上部含锰量均显著提高；③植株地上部锰含量与最大分蘖数、地上部干重和累积耗水量极显著相关,随着营养液中铵硝比的提高,相关性增加。上述现象,对旱稻表现趋势一致,但吸锰能力相对较弱。