在过去的多半个世纪,我国粮食生产保持了连续增产的趋势。究其原因主要归功于栽培技术的发展、植保技术的提高和品种的改良与演替,其中品种演替在粮食增产中起关键作用。水稻是全球的主要粮食作物,中国半数以上人口以水稻为主食,在粮食总产中水稻的贡献率为33.5%,对确保粮食安全意义重大。水稻品种在演替进程中产量潜力显著提升,主要是因为半矮化基因的导入和杂种优势的利用。关于水稻品种演替进程中产量变化的相关机理也展开了研究,然而关于长江中游单季稻与双季稻混作区水稻历史品种的生长特性、表型特征、养分吸收与转运、物质积累与转化、光能拦截与利用、产量形成过程、倒伏性状与抗倒伏能力、米质随品种演替如何变化方面的系统研究报道较少。关于品种演替进程中光能利用效率(Radiation use efficiency,RUE)如何变化仍不清楚,RUE与生物量和产量的关系仍存在争议;关于倒伏相关性状与抗倒伏能力及各生育期SPAD值随品种演替如何变化方面的研究关注较少。为此,本研究选取长江中游1936-2005年近70年间育成的15个主推历史品种为试验材料,于2013和2014年进行大田中稻试验,试验采用完全随机区组试验设计,四次重复,小区面积5 m×6 m,系统探究在现代栽培管理条件下水稻历史品种的产量表现,揭示产量形成过程、生理机制及限制因素,对掌握育种动态、超高产育种和改善栽培管理技术具有重要的指导作用。对实现农业可持续发展、确保粮食安全具有重要的意义。试验结果显示:(1)长江中游主要水稻品种在近70年的演替过程中,产量逐步提高,两年试验中产量分别以61.9和75.3 kg ha-1 year-1的速率增加,即年增长率分别为1.18%和1.15%;现代品种比70s前的品种产量两年分别增加了24.6%和35.7%。新品种产量增加是因为在提高结实率,稳定收获指数和千粒重的基础上,减少单位面积穗数,增加了每穗颖花数、总颖花数和生物量。随育种进程,每穗颖花数、总颖花数、结实率和生物量显著增加,单位面积穗数显著降低、由多穗向大穗发展,收获指数和千粒重变异较小。(2)生物量的增加是通过延长生育期、改善株型、提高光能转化效率,促进作物生长速率实现的。现代品种的株型进一步优化改善,光照拦截面积增大,叶片的厚度和披垂度得到改善,光照拦截和光合作用时间延长,光照透射量、光照拦截量和光能利用率显著增加,干物质积累量增多,粒叶比提高、源库关系进一步协调、改善。(3)同时新品种提高了氮素吸收总量、氮素收获指数,氮素籽粒生产效率以及氮肥偏生产力。从营养生长期至灌浆早期,现代品种的氮素吸收利用能力较强;在成熟期,现代品种的氮素转运能力较高。(4)此外,现代品种的抗倒伏能力和米质也得到改善。遗传改良显著提高了新品种植株下部节间的直径、鲜重和抗折力,从而降低了倒伏指数。稻米的加工品质较为稳定,而外观品质显著提高。其中糙米率、精米率和整精米率均随育种年份的改善不显著;而垩白粒率和垩白度显著降低,粒长增大、粒宽减小。这些结果表明:(1)水稻历史品种在演替进程中产量潜力逐步提高,主要归因于每穗颖花数(大穗的形成)和干物质积累的增加。现代品种的结实率仍徘徊在较低水平,有待进一步提升,因此未来育种仍需提高干物质的积累与转运效率。(2)RUE随品种演替显著提高,RUE的提高与生物量和产量的增加密切相关,推动了生物量的积累和产量的增加。由此可见品种改良继续提升RUE是未来粮食增产最有效的途径。(3)氮素吸收与利用效率随品种演替显著增加,然而现代品种的氮素利用率增速较小甚至出现徘徊,因此新品种的氮素吸收与利用效率有待进一步提高。(4)水稻历史品种在演替进程中抗倒伏能力逐步增强,现代品种因库容的扩大和株高的增加仍存在较高的倒伏风险。因此现代品种仍需增加植株基部节间的直径、干重和单位长度节间干重,进一步提高抗倒伏能力。