为明确免耕高留茬抛秧稳产高产的生理生态机理,于2005-2006年在四川郫县设置了耕作方式+秸秆处理、氮肥运筹、种植方式+品种、种植方式+施钾量等4个大田试验,系统研究了免耕高留茬抛秧稻的土壤理化性状、微生物群落、根系分布、干物质积累、氮钾吸收利用特性、中后期叶片衰老、倒伏及产量特性,主要结果如下:1.不同秸秆还田和耕作方式下,上层土壤中,免耕+秸秆处理的有机质含量分别比免耕、常耕+秸秆和常耕处理高5.33、2.79和5.37 g/kg;全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾含量也均以免耕+秸秆处理最高,免耕和常耕+秸秆处理次之,常耕处理最低。下层土壤中,各肥力指标以常耕+秸秆处理较高。免耕土壤浸水容重和容重高于翻耕土壤,而土壤孔隙度则低于翻耕土壤。秸秆还田各处理的细菌、真菌和放线菌数量较高,上层土壤以免耕+秸秆处理数量最高,成熟期其纤维分解强度分别比常耕+秸秆、免耕和常耕处理高26.44%、79.01%和98.15%;下层土壤以常耕+秸秆处理数量最高。免耕+秸秆处理的土壤养分和微生物呈表层富集特征。细菌、放线菌和纤维分解强度与土壤肥力各指标呈显著或极显著的正相关关系。2.不同种植方式中,单茎根重整体上表现出免耕高留茬抛秧＞免耕抛秧≈翻耕抛秧＞翻耕插秧;而根在纵向0-5 cm土层内的分配比例以免耕抛秧最大,免耕高留茬抛秧和翻耕抛秧次之,翻耕插秧最小;5-10 cm土层各方式间根系分配大小顺序与0-5 cm土层内刚好相反,10-20 cm深土层里翻耕插秧和翻耕抛秧要大于免耕抛秧和免耕高留茬抛秧:根在半径为5 cm横向土层内分配比例以免耕抛秧较大,翻耕抛秧和免耕高留茬抛秧接近,翻耕插秧较小,半径为5-10 cm土层内不同方式变化趋势与半径为5 cm土层相反。3.与翻耕插秧相比,免耕高留茬抛秧在分蘖期和拔节期的钾积累量较高,但在其它时期内较低。钾素积累总量为翻耕插秧＞免耕抛秧＞翻耕抛秧＞免耕高留茬抛秧,但钾素稻谷生产效率、钾素收获指数和成熟期钾素干物质生产效率的变化趋势正好相反,即免耕高留茬抛秧＞翻耕抛秧＞免耕抛秧＞翻耕插秧。增施氮肥,叶片和茎鞘的含氮量增加,成熟期稻草中的氮素滞留量增多。随施氮量的增加各生育期稻株氮素积累量增加,氮素的生产效率和收获指数下降;氮素积累总量在分蘖至拔节期以10:0:0和7:3:0的氮肥配比处理较大,抽穗至成熟期则是以7:0:3和4:3:3处理较大。氮肥利用率随施氮量的增加而增加,低氮水平下,以10:0:0和7:3:0的配比较大,高氮水平下以4:3:3配比最大。4.免耕抛秧提高了叶片的SPAD值和可溶性蛋白含量,相对于翻耕抛秧和翻耕栽秧,免耕高留茬抛秧SPAD值分别提高了3.43%、3.54%,可溶性蛋白含量分别提高了13.57%、15.26%,免耕低留茬抛秧SPAD值分别提高了2.22%,2.32%,可溶性蛋白含量分别提高了6.67%、8.26%,且下降较慢;免耕抛秧降低了抽穗后叶片的POD活性,提高了生育后期叶片的SOD和CAT活性,相对于翻耕抛秧和翻耕插秧,免耕高留茬抛秧的POD活性分别降低了21.04%、15.78%,SOD活性分别提高了16.81%和8.82%,CAT活性分别提高了43.43%和27.06%;免耕低留茬抛秧的POD活性分别降低了13.00%、9.95%,SOD活性分别提高了13.41%和5.65%,CAT活性分别提高了20.00%和6.31%。三种酶协同作用,降低了活性氧自由基产生速率和丙二醛含量,免耕高留茬抛秧的活性氧自由基产生速率分别降低了29.87%、18.75%,丙二醛含量分别降低了9.84%、7.08%,免耕低留茬抛秧的活性氧自由基产生速率分别降低了25.95%、15.16%,丙二醛含量分别降低了9.91%、7.14%,从而有效地缓解了叶绿素降解和膜脂过氧化作用,延缓了叶片的衰老。5.根倒伏系数构成因子中以单茎根重与根倒伏系数的相关最大,株高最小,茎秆机械强度和单茎鲜重在不同时期内互有大小。单茎根重同根体积、茎秆机械强度与茎壁厚、茎粗、茎鞘粗、茎秆抗折力和钾含量、单茎鲜重与穗重和叶重的相关系数均达到显著或极显著水平。不同种植方式中,常规翻耕插秧单茎鲜重大而单茎根量少,使其根倒伏系数最大,为2.72-5.82;免耕高留茬抛秧茎秆机械强度最弱,导致其根倒伏系数也较大,为2.54-5.68;免耕抛秧和常规翻耕抛秧根倒伏系数比较接近且相对较小,分别为2.32-5.39和2.42-5.15,表明常规翻耕插秧抗根倒伏能力最弱,免耕高留茬抛秧次之,常规翻耕抛秧和免耕抛秧抗根倒伏能力接近且相对较强。不同施钾水平下,免耕抛秧根倒伏系数随着施钾量的增加而下降,表明植株抗根倒伏能力随着施钾量的增加而增强。钾肥对免耕抛秧水稻抗根倒伏能力的调控表现为提高单茎根量和根体积,促进根系在半径为5-10 cm横向土层内的分布,提高稻株固持力;降低单茎穗重和叶重,减轻致倒伏的内力和植株加在基部节间的弯曲力矩;促进茎秆横向生长,增加茎秆充实度,增强茎秆抗折断能力,改善免耕抛秧茎秆质量,进而增强植株抗根倒伏能力。6.种植方式+品种以及种植方式+施钾量2个试验表明,免耕高留茬抛秧的产量均和其它种植方式差异不显著,作为一种省工省力的轻简技术,表现出了稳产高产的特点。从产量构成分析,免耕高留茬抛秧的有效穗均普遍高于其它种植方式。回归分析发现,成熟期稻株吸氮总量与产量呈抛物线关系,当吸氮量为150.5 kg/hm~2时产量最高。产量随施氮量的增加而提高,当施氮量增加到150kg/hm~2时,产量最高,再增加施氮量,产量下降;穗数和穗粒数随施氮量的增加而增大,穗粒数以施氮150 kg/hm~2最高,结实率随施氮量的增加而降低;氮肥配比以基:蘖:穗肥比为4:3:3的产量最高。