水稻两段栽培技术的基本原理
水稻两段栽培技术的基本原理是根据水稻高产稳产对产量结构三要素的高度协调性要求以及群体、形态、机能发育与产量结构三要素形成的内在规律，把群体、形态和机能构建作为高产栽培的首要目标，并通过减少无效分蘖，在群体、形态和机能发育的关键时期进行定向定量栽培，实现对水稻营养生长与生殖生长、个体与群体、数量与质量的统筹和有效调控，使水稻整个生长发育和产量结构最终达到理想状态。
1.产量三要素的高度协调性要求 水稻产量由有效穗数、每穗实粒数和千粒重三个因素决定，并存在如下关系：理论亩产量＝亩穗数×穗粒数×千粒重
而这三个因素之间也存在着制约关系，如果增加每亩有效穗数，势必会对每穗实粒数有影响，每亩有效穗数越多，每穗实粒数就会越少；同样，如果每穗实粒数增加，也会对千粒重产生影响。所以要想增加水稻的亩产量，不能盲目地增大这三个因素中的一个或两个，而需要综合考虑和协调三者的相互关系，选择适当的亩穗数，保证穗粒数和千粒重都比较大，进而使三者的乘积达到最大。
协调每亩有效穗数、每穗实粒数和千粒重三者的相互关系可用条件极值理论来予以讨论和解释。
设某地块水稻的每亩有效穗数为x，每穗实粒数为y，千粒重为z。当水稻每亩有效穗数越多，自然地每穗实粒数就会相应减少，而且这种减少的趋势在亩穗数较少时相对平缓，随着亩穗数越来越多，穗实粒数会急剧减少。如果设每穗实粒数y和每亩有效穗数x之间存在二次多项式关系，其中二次项系数为负值，即
每穗实粒数y和千粒重z之间也存在着类似的关系。当每穗实粒数增加时，千粒重就会减少，而且这种减少趋势会随着每穗实粒数的增加越来越明显。如果设千粒重z和每穗实粒数y之间也存在二次多项式关系，其中二次项系数为负值，即
显然，该地块的水稻平均亩产就是Y＝xyz。那么要想使平均亩产达到最大，就是求如下条件极值问题
对于条件极值（1），其约束条件确定的可行域为
可以看成是三维直角坐标系Oxyz下的一条曲线，而目标函数则是以该曲线上的点P（x，y，z）和坐标原点为对顶点，以坐标轴为棱的长方体的体积，如图3－8。则条件极值（1）实际上就是求该长方体体积的最大值。
理论上，可用Lagrange乘数法求解条件极值（1）。记
令L的关于x，y，z，λ1，λ2的偏导数全等于0，即
图3－8 水稻产量三要素相关示意图
该方程组是关于x，y，z，λ1，λ2二次代数方程组，很难得到解析解。但是如果根据实验数据已经获得了参数a0，a1，a2，b0，b1，b2的具体估计值，则可以通过牛顿迭代法等数值解法求出其近似解，即为极值问题（1）的解。
2.产量三要素的形成与分蘖群体、植株型态和生理机能的内在相关性
（1）分蘖是水稻生长发育的重要特征，是高产穗数形成的前提。已有研究证明，亩穗数与水稻分蘖群体数量呈指数正相关。当分蘖群体数量不大时，分蘖大多都能成穗，亩穗数与分蘖数基本上呈线性相关，成穗率高。当分蘖群体数量过大时，多数分蘖不能成穗，穗数与分蘖数呈指数相关，成穗率低。
（2）穗粒数与植株形态直接相关。穗子大小是水稻植株形态的重要特征，穗长及小穗多少决定了穗总粒数的多少，是水稻孕穗期营养水平的综合反应，而穗总粒数是穗实粒数形成的基础。一般情况下，穗实粒数与穗总粒数成正比。
（3）穗实粒数和千粒重都与后期生理机能和良好的功能叶形态、较大的功能叶面积直接相关。水稻灌浆期间水稻生理机能旺盛，上部三片功能叶面积合理、长相稳健，不早衰，水稻的光合强度就大，制造的光合产物就多，籽粒就充实，结实率就高，千粒重就大。
3.分蘖群体对中后期生长发育的制约 分蘖群体大小不仅直接影响穗数多少，也对水稻中后期形态和机能构建的实施和效果产生重要影响。分蘖群体过小则穗数不足，水稻难以高产。但群体过大则个体发育不良，田间郁蔽，通风透光差，病虫害重，成穗率低，单位面积有效穗数也不会高。群体过大还会影响中后期正常田间管理，使形态和机能构建的实施难以进行，导致群体形态失常，后期早衰。因此，群体构建在两段栽培技术中处于核心地位，建立一个最为适宜的群体是水稻高产稳产的基础。
4.理想株型与合理的库源关系 株型改良是提高水稻产量潜力的重要途径，受到育种家的普遍重视。而通过栽培手段也同样可以塑造理想株型，挖掘水稻高产潜力。植株形态主要表现在颖花数量、功能叶面积及姿态、穗层结构三个方面。理想株型要求颖花数量多，物质储备的“库”较大，功能叶面积适宜，制造物质的“源”充足，库源协调，且叶片姿态和穗层结构比较好，光照条件及利用率高。试验研究表明，同一品种采用不同的栽培方式，其植株形态截然不同，产量水平也差异很大。因此，构建符合高产要求的个体植株形态，扩库增源，增加颖花数和叶面积，建立良好的功能叶姿态和穗层结构，是水稻高产的物质基础和形态基础。
5.后期生理机能与经济产量 水稻经济产量的90%以上是抽穗以后形成的物质积累，因此后期生理机能好坏直接影响着产量的高低。而后期生理机能除与品种特性有关外，主要与栽培方式有关。通过栽培手段提高水稻后期生理机能，增强根系活力和叶片光合强度，防止早衰是促进水稻灌浆，提高成穗率、结实率和千粒重的有效方法。也是水稻高产栽培的重要目标。