我国自1996年启动实施“中国超级稻育种计划”以来,经过20多年的努力,超级杂交籼稻不断取得产量的突破,引领了我国“四期”超级稻的发展方向,即从一期10.5 t/hm~2到四期的15 t/hm~2。为明确超级杂交稻持续增产的根源质量特性,本试验2015-2016年在信阳市平桥区甘岸办事处二郎村河南农业大学水稻试验基地进行。选取四期超级杂交稻目标产量代表性品种两优培九、Y两优1号、Y两优2号、Y两优900为材料,研究其根源质量差异,并结合不同氮肥梯度来研究不同产量潜力的超级杂交稻对氮肥的响应,以及根系质量与施氮量间的关系,为大面积均衡高产栽培和超级稻育种实践提供理论依据。结果如下:1. 随着产量潜力的提高,四期超级杂交稻产量呈逐渐升高的趋势,整体在Y两优2号、Y两优900达最大值(2015年因抽穗期高温导致结实率偏低进而导致Y两优900产量未达预期水平),千粒重呈逐渐降低的变化趋势,穗粒数则呈逐渐升高的变化趋势。随着施氮量的增加,产量最大值整体集中在N210、N300,有效穗数呈逐渐升高的趋势,穗粒数则呈先升高后降低的趋势,而结实率则呈逐渐降低的趋势。2. 四期超级杂交稻在拔节期、灌浆中期、成熟期0-15 cm根干重整体随着产量潜力的提高呈先降低后升高的趋势,以两优培九根干重最大,其次是Y两优900;抽穗开花期、灌浆中期、成熟期15-30 cm根干重整体上随产量潜力提高呈逐渐升高的趋势;分蘖期、抽穗开花期根冠比随产量潜力的提高各品种间呈逐渐升高的趋势,灌浆中期、成熟期根冠比则呈逐渐降低的趋势。随着产量潜力的提高,在抽穗开花期、灌浆中期15-30 cm、30-45 cm根长、根表面积、根体积均呈逐渐升高的变化趋势。随着施氮量的增加,根干重、根条数、根长、根表面积、根体积在生育中后期整体呈先升高后降低的变化趋势,在N210、N300达最大值。随着生育期的进程,根干重、根条数呈先升高后降低的变化趋势,在抽穗开花期达最大值,根冠比逐渐下降,灌浆中期-成熟期0-15 cm根层根长、根表面积呈逐渐降低的趋势,15-30cm、30-45 cm根层根长、根表面积、根体积则呈逐渐升高的趋势。3. 四期超级杂交稻在拔节期、抽穗开花期、灌浆中期、成熟期单株与单茎伤流强度随产量潜力提高整体呈逐渐升高的趋势,以Y两优2号、Y两优900最大。随产量潜力提高,SOD含量在灌浆中期呈逐渐升高的趋势;POD含量在灌浆中期呈先升高后降低的变化趋势,在Y两优2号达最大值,在成熟期呈逐渐升高的变化趋势;灌浆中期MDA含量呈逐渐降低的趋势。随着施氮量增加,单株、单茎伤流强度表现为不施氮或低氮高于中高氮处理,SOD、POD在生育中后期整体呈先升高后降低的变化趋势,整体在N210、N300达最大值。4. 抽穗开花期0-15 cm根干重、15-30 cm根干重、根条数、单株伤流强度与产量呈显著正相关,根冠比在灌浆中期、成熟期与产量呈极显著负相关;抽穗开花期15-30 cm、30-45 cm根长、根表面积、根体积与穗粒数、产量呈显著或极显著正相关,灌浆中期各层根长、根表面积、根体积均与产量呈显著或极显著正相关,成熟期30-45 cm根系质量与结实率、产量呈显著或极显著正相关。伤流强度与结实率呈极显著正相关,生育后期POD含量与产量呈显著正相关,抽穗开花期MDA含量与产量呈极显著负相关。综上所述,抽穗开花期根系各形态生理质量、以及生育后期15-30 cm、30-45 cm根层根系质量的提高是超级杂交稻产量潜力不断提高的基础。抽穗开花期-成熟期伤流强度以及30-45 cm根层根系质量的提高,对结实率的提高起着重要作用。本试验条件下,施氮量在210 kg/hm~2与300 kg/hm~2之间可实现产量和根系质量协同提高。