内容提要： 本成果针对传统稻作模式下，我国稻田日趋严重的耕层结构退化、水稻增产乏力、温室气体排放量居高不下等问题，以耕层调控为主线，以长期定位和区域联网试验为依托，重点开展了稻田合理耕层调控机制、水稻增产减排协同技术途径以及高产低碳稻作模式集成等研究，并在我国双季稻区、水旱轮作区、北方一熟区等三大稻作区建立了示范应用基地，以实现水稻大面积增产和稻田减排的协同，促进我国现代稻作制和水稻产业体系的可持续发展。本成果在以下几个方面取得了进展：（1）明确了稻田耕层退化的主要原因。明确了稻田耕层退化关键诱因是土壤团聚体的水稳定性和有机碳质量下降，探明了耕层调控的土壤固碳优势、潜力与碳饱和规律；阐明了土壤微团聚体对有机碳的物理保护机制，以及提高土壤恢复力的耕层生物物理调控途径；揭示了保护性耕作和外源有机物投入的增产固碳减排效应及其作用机理。（2）阐明了水稻高产与减排协同机制。阐明了水稻根系分泌差异是导致品种间CH4排放高低的主要原因，以及水稻主要通过根系来影响CH4的产生和氧化过程，发现植株地上形态特征对CH4释放的影响不显著；揭示了水稻高产与低碳排放协同的地上地下碳分配机制，明确了根系分泌少、输氧能力强和收获指数高的品种选用标准；在此基础上阐明了“扩根、增氧、控碳”的耕层调控途径。（3）创新了水稻高产减排的关键技术。在少免耕、干湿交替灌溉的基础上，针对少免耕和淹灌下，耕层紧、根系弱、氧气少等问题，研发了稻田轮耕扩根技术；针对直播和抛秧等简化栽培下，水稻根系差、倒伏重、CH4排放高等问题，研制了沟畦配套的浸润灌溉技术；针对稀植高肥栽培下，水稻生长冗余、土壤有机碳多、CH4排放高等问题，研制了增密30%、前期减氮30%的水稻增密减氮技术；同时研发了3套高效节能配套农机具。（4）创建了3套高产低碳稻作新模式。针对我国双季稻区、水旱轮作区、北方一熟稻区的稻作特点，因地制宜进行了高产低碳品种选用、合理轮耕、增密减氮、控水灌溉、配套农机等关键技术的集成，创建了3套高产低碳稻作新模式；通过不同区域新型稻作模式的多年验证，实现了水稻增产3.2~8.8%和CH4减排22.0~26.5%的目标。围绕关键技术创新与模式集成，本成果共获批专利10项，其中发明专利5项；发表学术论文150余篇，其中SCI论文39篇；颁布技术规程4项；2010年~2013年在我国单季稻区的黑龙江、辽宁，水旱轮作区的江苏、湖北以及双季稻区的湖南、江西进行了大面积应用，累计推广应用380万公顷（5693万亩），增产稻谷196.3万吨，节本增收57.6亿元，温室气体减排368.2万吨（CO2当量）。本成果的大面积推广应用，促进了水稻单产稳定增长，明显提高了肥水利用效率，减少了稻田温室气体排放，增加了农民的收入，社会、经济和生态效益显著。同时本成果的研发，进一步丰富了作物栽培学与耕作学理论体系，拓展了作物学学科的研究领域。 获2014~2015年度中华农业科技奖二等奖。