水稻是我国最主要的口粮作物,在全球变暖、资源紧张、环境污染等问题的多重挑战下,水稻单产持续稳定增长是保障粮食安全的必然选择。稻田是温室气体CH₄的主要来源,约占全球农业总排放的30%。CH₄作为重要的温室气体,在空气中的增温效应是CO₂的25倍。已有研究表明,水稻增产与稻田减排在理论上可兼顾,关键在于建立适合水稻健康生长的水稻栽培技术和稻作模式。因此,研究并推广应用水稻增产和稻田减排协同的稻作新技术,符合国家重大现实需求和战略方向,对我国应对气候变化、确保粮食安全具有重要意义。至今已有的关于稻作技术的研究,大多仅关注某一稻作技术对水稻产量或者单位面积温室气体排放单方面的影响,对于稻作技术如何协调增产与减排的综合研究较少。为此,本文以我国三大稻作系统（北方单季稻作系统、中部水旱轮作系统以及南方双季稻作系统）为研究对象,采用技术调研、历史资料统计、田间试验和meta分析相结合的方法,就我国稻作技术演变对水稻生产力和温室气体排放的影响进行系统研究。重点研究近50年来水稻品种特性改良、育秧技术变化、栽培技术改进等稻作技术演变对水稻单产与温室气体排放的影响,同时利用meta分析的方法从水稻产量角度定量研究了温室气体排放特征和强度对稻作技术的响应,综合评价了稻作技术的增产减排潜力及技术方向,拟为我国创建气候智慧型农业提供理论依据。本文主要结论如下:1.1970s-2010s间我国水稻品种更新加快,同时育秧方式、栽插技术、灌溉方式以及施肥方式等主要稻作技术发生了明显的变化。水稻育秧方式由传统水育秧向旱育秧和湿润育秧转变,且随着机插秧技术的推广,未来工厂化育秧方式的比例会逐渐加大。北方单季稻作区旱育秧技术应用最为普及,自上世纪80年代开始推广至今,旱育秧已成主导育秧方式。到2010年,工厂育秧的比例已达到11.7%。在今后10年,工厂育秧规模有望进一步扩大,预计在2020年可达到30%左右。中部水旱轮作区和南方双季稻作区育秧方式出现较为一致的变化趋势,传统水育秧比例逐渐降低,2010年湿润育秧比例最高,其次为旱育秧。我国水稻栽插技术总体趋势是人工插秧比例不断减少,水旱直播、机插秧以及人工抛秧比例不断增加。到2010年,人工抛秧比例已达到24%,机插秧比例约达到11%,水旱直播约占10%,人工插秧已下降到55%。在今后10年,人工插秧比例会继续下降到35%左右,机插秧比例可能会增加到30%左右。在上世纪70年代,长期淹灌占94%,到2010年已下降到16%。间歇灌溉比例增加到81%,是当前水稻最主要的灌溉方式。全国来看,氮肥施用以复合肥和尿素为主,其次为碳按。1998年以来,碳铵施用量由40%降低至2010年的20%,而尿素施用量不断上升,2011年占施氮总量的75%,未来尿素和复合肥的施用比例将会继续增加。2.1960s-2000s间我国主要稻区水稻品种演变过程显著增加了水稻产量,同时有降低稻田温室气体排放的趋势。稻田甲烷排放变化的趋势与品种演变过程中生物量与产量的变化没有显著相关性。茎叶等地上部分间接影响CH₄生产,对排放影响不显著。三个主要稻作系统的单位产量温室气体排放差异明显,其中以双季稻作系统的单位产量温室气体排放最高。上世纪六十年代水旱轮作系统的单位产量温室气体排放高于单季稻作系统,但是这两个稻作系统现代品种的单位产量排放强度基本相似。各稻作系统中,现代品种单位产量温室气体排放都低于老品种。3.我国三大稻作系统中,水育秧方式的甲烷排放量都显著高于湿润育秧和旱育秧方式。水旱轮作系统和双季稻的早、晚稻系统湿润育秧方式的CH₄排放量分别比水育秧方式降低了74.2%、72.1%和49.6%,旱育秧方式则分别比水育秧方式降低了92.0%、99.0%和78.6%。北方单季稻作系统中旱育秧方式的CH₄排放量比水育秧方式降低了99.2%。但是,相对于水育秧方式,湿润育秧与旱育秧增加了秧田N₂O的排放。综合CH₄和N₂O两种温室气体,湿润育秧与旱育秧方式均显著降低了各稻作区全球增温潜势（GWP）。此外,结合各稻作区育秧技术的调研数据,本研究还估算了不同育秧技术情景下中国秧田温室气体的排放总量,结果显示2012年水稻秧田的实际温室气体排放量为956.66×103t CO₂ eq,而水育秧情景下的温室气体排放量为2242.59×103 t CO₂eq。4.我国水肥管理和稻作模式转变等措施可以有效协调水稻产量和稻田温室气体排放。间歇灌溉可以显著降低CH₄排放并且增加水稻产量,这一技术能够显著降低59%单位产量GWP。施用氮肥（50-300 kg N ha-1）显著提高水稻产量,些微增加了CH₄和N₂O的全球增温潜势（GWP）,最终显著降低了单位产量GWP。与未施肥相比,单位产量GWP在施肥水平为150-200 kg ha-1时下降最为明显,达37%。施用沼渣对单位产量GWP没有显著影响,而施用堆肥和秸秆还田则分别显著增加54%和154%的单位产量GWP。我国主要稻作系统单位产量温室气体排放的顺序如下:双季稻作系统（1188.9 kg CO₂ eq Mg-1）>水旱轮作系统（777.0 kg CO₂ eq Mg-1）>单季稻作系统（346.7 kg CO₂ eq Mg-1）。5.1970s-2010s间我国水稻生产的碳足迹变化为:空间尺度的碳足迹呈现逐渐上升的趋势,而产量尺度的碳足迹呈现下降的趋势.近50年来水稻生产过程中物质投入的间接碳排放增加了 115%,稻田温室气体直接碳排放降低了 28%,综合看来,我国水稻生产过程中基于空间尺度的碳足迹增加了 12%;与此同时,水稻产量增加了37%,从而降低了基于产量尺度的水稻生产的碳足迹。水稻产生的碳足迹的组成中,物质投入所占比重逐年增大,由1970s的28.2%增加至2010s的54.1%;相对地,温室气体排放所占比重逐渐减少,从上世纪七十年代的69.7%降低至2010年的45.6%。预计到2030年我国水稻生产空间尺度碳足迹将会继续增大,而品种、育秧方式、灌溉和施肥技术等增产减排相协调的稻作新技术的应用,可以在增加水稻产量的情景下,降低36.3%-57.4%单位产量的直接碳排放强度。