氮肥运筹和移栽密度对水稻产量和品质形成的影响

周婵婵 陈海强 王术 刘丽华 董立强 高光杰

（沈阳农业大学农学院/农业农村部东北地区作物栽培科学观测实验站，沈阳110866）

水稻是世界上最重要的粮食作物之一，在亚洲包括中国在内的粮食生产中具有十分突出的地位[1]，产量和品质是其两大重要的研究课题。氮肥施用和栽插密度是水稻生产中两项重要栽培措施，其中，氮素是影响水稻生长发育和产量最敏感的因素[2]，而移栽密度是实现水稻群体质量设计的基本环节[3]。关于这两方面对水稻产量和品质形成的影响，前人进行了大量的研究，本文就此方面的新近研究进展加以概述，并对当前水稻氮肥施用和栽插密度研究中存在的问题和今后研究的重点进行了讨论。

1 氮肥和移栽密度对水稻产量形成的影响

1.1 氮肥对产量形成的影响

1.1.1 氮肥对产量及产量构成因子的影响

多数研究认为，在一定范围内，产量随施氮量的增加而增加，但氮肥用量超过一定范围后，产量和部分产量构成因子下降。杨益花[4]的研究验证了这个趋势，粳稻品种随施氮量的增加产量增加，籼稻品种的产量随施氮量的增加先提高后下降。在低氮水平下，增加氮肥用量有利于提高单位面积有效穗数、籽粒产量和生物产量，但施氮量达到一定水平后，有效穗数随施氮量的增加而降低。殷春渊等[5]研究认为，单位面积有效穗数随着施氮量增加而增加，但是穗粒数、结实率和千粒重随施氮量的增加而下降，穗部充实度降低，空瘪粒增加，但是分蘖增加，产量增加。氮肥施用量过多，会过分促进水稻营养生长，降低水稻成穗率和结实率，甚至导致最终产量降低，所以施用氮肥应适时适量。鲁艳红等[6]研究表明，在低氮水平下，增加氮肥施用量有利于提高单位面积有效穗数、籽粒产量，但施氮量达到一定水平后，随施氮量的增加而降低。单位面积有效穗数、籽粒产量多以施氮量为180 kg/hm2的处理较高。有些试验中水稻的籽粒和秸秆产量均随着施氮量的增加呈增加的趋势，增加施肥量可使结实粒数和有效穗数增加，从而增加产量，千粒重会随施肥量的增加而略有下降，但未影响产量，这可能是受施肥水平的影响[7-8]。除了施氮量外，氮肥运筹也对水稻产量有重要影响。MARATA[9]的研究表明，增加水稻幼穗分化至抽穗期的氮素吸收量，能够显著提高水稻产量。MILSON等[10]认为，适时追施氮肥有利于获得较高的产量。

虽然水稻获得高产存在着最适的施肥量，但因品种类型、生态环境和栽培措施而不同。周培南等[11]研究表明，中粳稻9516在扬州地区适宜施氮量为225.0 kg/hm2，汕优63适宜施氮量为 150.0 kg/hm2。黄元财等[12]研究表明，沈阳地区辽粳294和沈农8718获得高产的适宜施氮量分别为190.0 kg/hm2和167.0 kg/hm2。鲁艳红[6，13]的研究表明，湖南常德地区参试水稻品种的产量以施氮180.0 kg/hm2的处理最高。刘艳阳等[14]在江苏姜堰地区高、中、低3种地力条件下，研究了不同施氮量对水稻武香粳14产量及产量构成的影响，结果表明，武香粳14在高、中、低3种地力水平上高产的施氮量分别为 246.2 kg/hm2、270.6 kg/hm2和 328.7 kg/hm2。董作珍等[15]的研究表明，浙中地区水稻获得高产的氮肥施用量为258.8 kg/hm2。

1.1.2 氮肥对水稻生长发育的影响

研究表明，氮肥的供应量能明显影响水稻分蘖的形成[16-17]。随着氮浓度提高，水稻叶片的长度、宽度和叶面积相应增加，同时叶片也更加披垂，但叶片厚度减少，比叶重降低[18]。在水稻群体结构方面，郭万胜等[19]的研究表明，随着施氮水平的提高，各生育期的茎蘖数、高峰苗数、成穗数均随之增加。肖立中等[20]进一步指出，随着施氮量的增加，分蘖后期无效分蘖多，分蘖的成穗率降低。

1.2 移栽密度对产量形成的影响

1.2.1 移栽密度对产量及产量构成的影响

多数研究表明，水稻产量随种植密度的增加呈先升后降的趋势，不同类型的水稻都有各自适宜的栽培密度范围。王丹英等[21]对浙江省23个水稻主栽品种的调查表明，水稻产量随种植密度的增加先增加后减少，单季籼稻种植密度在15.0～18.0万丛/hm2时，出现产量＞9 750 kg/hm2的概率较大；双季晚稻种植密度以16.5～21.0万丛/hm2为宜。郎友忠等[22]认为，在现有的生产条件和技术水平下，维持3.0×105丛/hm2的种植密度是水稻取得高产的基础。许俊伟等[23]的研究表明，产量随密度的增加呈先升后降的趋势，籼粳杂交稻和杂交籼稻均以栽插规格为13.9 cm×30.0 cm处理的产量最高。闫川等[24]以籼稻品种丰优香占和粳稻品种武运粳7号为材料的试验表明，中等行株距处理（30.0 cm×13.3 cm）的产量最高。也有研究认为，在一定范围内，密度对产量影响不大。如郑克武[25]的研究表明，移栽密度对结实率和千粒重影响较小，对单位面积穗数和每穗粒数影响较大，在22.5～31.5万丛/hm2的密度范围内，有效穗数与每穗粒数之间具有良好的互补性，因而产量差异未达显著水平。徐春梅等[26]的研究认为，移栽密度对结实率、千粒重、有效穗数和每穗粒数影响较小，各移栽密度下，产量差异未达显著水平。汪秀志等[27]研究发现，试验范围内丛距对产量的作用不显著。

栽培密度对建立水稻合理的群体结构有很大的影响，与产量密切相关。移栽密度是影响水稻有效穗数的一个重要因素，稀植栽培能够发挥水稻的个体优势，有利于水稻的分蘖和生长，但是有效穗数少会影响群体结构和产量[28-29]，密植栽培单位面积穗数增加，增加穗数是提高产量的有效方式，但个体间的生存矛盾加剧，会导致穗粒结构失调，表现为穗多、穗小、粒少、粒轻和产量低下[30-32]。不同移栽密度增产的调控重点不同，低密度增蘖增产，中密度增蘖增粒穗增产，高密度增粒穗增产[33]。移栽密度通过分蘖影响群体质量建成进而影响最终产量。胡雅杰等[34]研究表明，钵苗机插处理下，不同穗型品种穗数随着栽插密度降低而显著减少，每穗粒数显著增加，结实率和千粒重无明显变化规律。赵峰等[35]研究表明，随着栽插密度的增大，广两优272茎蘖峰值、无效分蘖、有效穗数增多，而每穗实粒数减少，栽插密度与产量呈抛物线关系。

1.2.2 栽插密度对水稻生长发育的影响

在每丛苗数确定的条件下，移栽密度越大，其单位面积的基本苗数起点高，单丛土壤营养面积小，对水稻的生长发育必然造成影响，对分蘖的影响尤其明显[36-37]。随栽插密度增加，每丛分蘖和穗数有规律地减少，但单位面积总分蘖和穗数随密度增加而增加[38]。随栽插密度降低，单株水稻叶片数增加，叶片长度和披垂角度也随之增加[39-40]。郭保卫等[41]研究表明，不同类型水稻品种剑叶与倒2叶叶枕距、倒3叶与倒4叶叶枕距、有效叶面积率、高效叶面积率、剑叶夹角、倒2叶长、倒3叶长及叶夹角、穗长及穗下2个节间长均随着移栽密度的减小而增大。郎友忠等[22]研究表明，不同密度处理下，水稻叶片宽度及披垂度均发生了变化，中等密度处理下，齐穗期水稻上层叶面积比例高于低密度和高密度处理。

1.3 氮肥和密度互作对水稻产量形成的影响

诸多研究表明，施氮和移栽密度对水稻产量形成具有明显的互作作用。陈海飞等[42]的研究表明，施氮量与移栽密度对低产田水稻产量和相关指标有显著影响，且存在交互作用，产量和地上部干物质量均随着施氮量和移栽密度的提高而增加，但是在施氮量为225 kg/hm2时，收获指数略有下降；收获指数随着移栽密度提高而降低。雷振山等[43]进一步指出，施氮量与种植密度对水稻的结实特性有一定的互作效应，低种植密度下，适当增加氮肥可降低空粒率和秕粒率。邓中华等[44]研究发现，有效穗数随施氮量和移栽密度的增加而增加，提高移栽密度后实粒数、结实率和千粒重降低，在移栽密度为22.1万丛/hm2的基础上施氮194.9 kg/hm2是实现水稻高产高效、节氮、省工栽培的合理组合。郑克武等[25]研究表明，两优培九在中等肥力土壤上，施纯氮 225.0 kg/hm2、移栽密度 22.5×104丛/hm2，能较好地协调穗数、结实率和千粒重的关系而获得高产。林玉琪[45]研究认为，施氮量与种植密度对产量有极显著的互作效应，但是种植密度对产量作用显著而施氮量对产量作用不显著，Ⅱ优航2号在中上土壤肥力条件下作双季晚稻栽培，以施纯氮135.0 kg/hm2、种植密度25.5万丛/hm2，或施纯氮225.0 kg/hm2、种植密度10.5万/hm2为宜。吴朝晖等[46]研究了不同施肥量对超级稻产量及群体结构的影响，认为施氮270.0 kg/hm2、20.0 cm×26.6 cm密度处理群体结构最好，产量最高。其他学者通过建立回归模型寻求最佳的氮密组配，使得结果更加精确[42，47-49]。

2 施氮和移栽密度对水稻品质形成的影响

2.1 氮肥对稻米品质形成的影响

氮肥在稻米品质形成中起重要作用。有研究认为，氮肥用量的增加有利于提高稻米的碾磨品质和外观品质[26]。莫钊文等[50]以天优998为材料的试验中发现，减氮28%处理对水稻的碾磨品质和蒸煮品质无显著影响，外观品质得到提高。孙楠等[51]研究认为，增加施氮量，粳米的碾磨品质有所改善，而外观品质变差。李国生等[52]研究表明，施氮量对加工品质影响不大，垩白粒率、垩白度和消减值则随施氮量的增加而增加。有些研究的结果相似，均表现为稻米蛋白质含量、直链淀粉含量及碱消值与施氮量呈正相关关系，胶稠度、垩白粒率与施氮量呈负相关关系，而加工品质与施氮量呈抛物线规律[52-54]。孙伟晶等[55-56]发现，适量增施氮肥可提高稻米的糙米率和整精米率，改善稻米的加工品质，增加稻米的蛋白质含量，减小胶稠度和直链淀粉含量，影响稻米的蒸煮食味品质。郝虎林[57]研究表明，随着氮肥用量的增加，稻米蛋白质含量增加，直链淀粉含量降低，胶稠度变大。而黄元财等[12]的研究表明，胶稠度与施氮量呈二次曲线关系。

氮肥施用配比对稻米品质也有重要影响。刘健[58]研究表明，蘖肥和穗肥不同配比对糙米率、精米率、整精米率、垩白粒率等品质指标的影响差异不显著。李广宇等[59]也提出，前氮后移不会降低稻米的碾磨品质和外观品质，对稻米食味品质影响不明显。而殷春渊等[60]研究表明，随着氮素穗肥的增加，糙米率降低，不完善粒率、垩白粒率和垩白度显著增加，稻米碾磨品质、外观品质和食味下降。张艳霞[61]试验结果表明，穗肥氮对稻米蛋白质含量、直链淀粉含量、支链淀粉/直链淀粉比和胶稠度的影响品种间存在差异。朱朋波等[62]的研究表明，后期增施氮肥，能显著提高稻米的蛋白质含量，提高糙米率和整精米率，降低垩白粒率、直链淀粉含量和胶稠度。张军等[63]研究表明，孕穗肥能提高稻米精米率、整精米率、蛋白质含量，降低垩白粒率、垩白度和直链淀粉含量。增施氮肥特别是孕穗肥能显著提高稻米精米率、整精米率、蛋白质含量，降低垩白粒率和直链淀粉含量[64]。

2.2 移栽密度对稻米品质形成的影响

严光彬等[65]研究认为，栽插密度减小，稻米碾磨品质下降。耿立清[66]的研究结果刚好相反。而翟超群[67]认为，碾磨品质随栽插密度的提高先升高后降低，随着移栽密度的增加，垩白度先降后升。部分研究认为，插秧密度升高导致垩白度升高[68]，而有的研究结论相反[69]。也有研究认为，密度过高，直链淀粉含量和蛋白质含量下降，米质变差[70]。吴春赞等[71]研究认为，密度过大会导致直链淀粉含量降低，而蛋白质的含量升高。王成瑷等[72]研究表明，在适宜密度条件下稻米蛋白质含量较高，直链淀粉含量较低。

2.3 氮肥和移栽密度互作对稻米品质形成的影响

氮肥和移栽密度对稻米品质的影响存在互作作用。KAZUO[73]指出，稻米蛋白质含量与施氮量成正比，在稀植情况下增加氮肥施用，蛋白质含量提高。程效义等[74]研究也得出，增施氮肥或降低栽插密度可提高蛋白质含量，同时，适量少肥和适度密植可以改善杂交粳稻和常规粳稻的营养品质和食味品质，但栽培措施对杂交粳稻的垩白粒率和垩白度影响小。而陈于敏[75]的研究结果认为，蛋白质含量随施氮量和移栽密度的增加而增加。徐春梅[34]研究发现，蛋白质含量随移栽密度提高略有增加，氮肥用量增加有利于提高稻米的碾磨品质和外观品质，蛋白质含量也随之增加。陈新红等[76-77]指出，低密度水平下，增施氮肥可提高加工品质，高密度水平下，增施氮肥对精米率和整精米率无显著性影响，密度对粒垩白度的影响表现出与氮肥有一定的互作效应，高氮肥水平下，增加密度会增大垩白度。殷春渊等[60]认为，在移栽密度27.75万丛/hm2（行株距30 cm×12 cm）、施氮量为 262.5 kg/hm2时，水稻的外观品质和食味品质较好。

3 研究展望

密植、施肥和灌水是水稻生产中最重要的三项栽培措施，从已有的研究看，关于水氮互作的研究广泛而深入[78]，而关于两因子与密度的互作研究尚不够深入，大多只从群体生长发育角度出发，简单的给出产量和品质指标结果，生理研究方面还很匮乏，今后有必要进一步加强研究。

从已有的关于施氮和密度对产量形成影响的研究分析，在一定范围内，氮肥和密度与产量呈抛物线关系，二者间存在明显的互作，水稻高产存在最佳组合值已成结论。但由于产量还受生态环境、品种类型、土壤状况、栽培管理水平等其他因素的影响，所以关于氮肥和密度的最佳组合值的定量研究存在空间上的差异和时间上的延续。作物高产栽培讲求良种与良法相结合，随着水稻品种的更新换代，氮肥和密度的研究亦将深入发展，而具有代表性、普适性的理论和成果是未来科研所面临的任务。

从氮肥和密度互作对稻米品质的影响结果来看，到目前为止很多结论尚不一致，甚至有些试验结果相反，这表明稻米品质影响因子的多样性和形成过程的复杂性，只有对其形成机理进行深入的研究，才能更好地解决优质栽培的肥密运筹问题。