【研究意义】水稻（Oryza sativa L.）在我国有7 000多年的种植历史，种植面积在我国粮食作物中居第2位，仅次于玉米^[1]。我国农业生产普遍存在盲目施肥、过量施肥的现象，导致肥料资源浪费、肥料利用率极低、农业面源污染严重等问题^[2]。目前，相关研究表明国外肥料利用率为50%~55%，我国一般只有30%~35%，低于国外平均水平^[3]。氮素作为植物生长所必需的营养元素之一^[4]，在水稻生长中起着至关重要的作用^[5]，当前许多生产者为达到提高水稻单产的目的，氮肥施用严重过量，不仅降低氮肥利用效率，造成资源浪费和生产成本增加，还增加环境污染风险，稻田氮肥的过量施用造成了氮肥的大量流失，致使水稻生产成本大幅增加，同时生态环境也随之不断恶化^[6]。与此同时，不同的栽培管理方式如栽插密度也会影响水稻产量和稻米品质^[7]，合理的移栽密度会促进水稻分蘖的发生，保证中、后期有足够的有效穗数；低密度移栽可以更有效发挥水稻分蘖发生的潜力，降低生产成本；高密度移栽较容易获得高的单位面积有效穗数^[8]，也有利于水稻群体叶面积的提高和干物质的积累。因此，针对品种选择适合的施氮量和适宜的移栽密度能够使水稻有效利用光能、地力，保证水稻正常个体发育和群体协调发展，从而获得高产和高品质稻谷。云科粳5号是云南省农业科学院粮食作物研究所选育的常规粳稻品种，抗稻瘟病、白叶枯病和稻曲病，中抗纹枯病，米质优、产量高、抗性强，具有很高的生产应用价值。但是缺少相关的栽培技术，探究云科粳5号适宜肥效和移栽密度对实际生产具有重要意义。

【前人研究进展】氮肥用量是影响水稻产量最显著的因素，在一定施氮量范围内，水稻产量与施肥量呈正相关，但当施肥量超过一定范围时，继续增加氮肥用量，水稻产量不再增加，甚至降低^[9]。因此只有合理的氮肥量才能获得高产、稳产。关于水稻移栽密度，前人的研究结果并不一致。有研究表明，水稻移栽密度增加会导致水稻单株分蘖数减少，但是却能够增加群体的单位面积有效穗数，以及各个生育期水稻群体的叶面积指数和干物质积累^[10]。另一些研究表明水稻在稀植栽培条件下，水稻群体的通透性提高，增强水稻单株的穗粒数和结实率，增加水稻产量^[11-12]，总的来说，合理密植更加有助于水稻产量潜力的发挥。氮肥的施用量也会对稻米品质产生显著影响。姜红芳等^[13]研究表明，增加氮肥用量能降低稻米的垩白率和垩白度，朱永波等^[14]认为增加氮肥会使稻米外观品质降低，稻米的蒸煮食味品质也有所下降。而从夕汉等^[15]研究表明，氮肥能够增加各品种的直链淀粉和蛋白质含量，这可能是由于随着施氮量的适当增加，碳氮代谢增强，蛋白质积累速率提升。孙兴荣等^[16]研究表明，适当增加氮肥用量可以优化粳稻加工品质。侯红燕等^[17]研究表明，增施氮肥会降低稻米胶稠度和米饭粘度，增加米饭硬度。殷春渊等^[18]研究表明，随施氮量提高，稻米品质呈先增后降的趋势。有关密度对稻米品质的影响，前人所得结论不一。兰宇辰等^[19]研究认为，对不同类型水稻品种而言，合适的种植密度可以优化水稻的加工、外观和营养品质，适当增密可以提高稻米的蒸煮品质。而严凯等^[20]研究表明，密度对水稻加工品质影响较小。

【本研究切入点】前人关于氮肥和密度对水稻产量和品质的影响有不同的结论，本研究基于目前优良水稻品种无高产高效配套栽培技术的现状，在云南高海拔粳稻区，以云科粳5号为材料，研究适宜的施氮量和移栽密度，达到提质增效的目的。【拟解决的关键问题】明确施氮量与移栽密度对水稻生长发育和产量形成的影响效应，找到适合云科粳5号的施氮量和栽培密度，为实际生产提供理论指导。探索栽培密度、施氮量与水稻产量及品质的关系，以期为云南高海拔粳稻区水稻栽培实现优质高产提供必要的理论依据。

1　材料与方法 1.1　试验材料

供试材料云科粳5号为云南省农业科学院粮食作物研究所选育的常规粳稻品种，米质优、产量高、抗性强，具有很高的生产应用价值，其种子由云南省农业科学院提供。

田间试验于2021年在云南省保山市隆阳区进行。隆阳区属西南季风区亚热带高原气候类型，最冷1月平均气温8.5 ℃，最热月7月平均气温20.7 ℃，年平均气温15.5 ℃，年极端最高气温32.4 ℃，年极端最低气温-3.8 ℃。全年无霜期290d以上，冬春两季雨量较少，夏秋两季雨量较多，年平均降雨量966.5 mm。

1.2　试验方法

试验采用裂区设计，氮肥用量（N）作主区，移栽密度（M）为副区。氮肥用量设4个水平：N₀，施氮0 kg/hm²（对照）；N₁，施氮150 kg/hm²；N₂，施氮240 kg/hm²；N₃，施氮330 kg/hm²。移栽密度设4个水平：M1，24万苗/hm²，移栽规格16.50 cm×25.00 cm；M2，30万苗/hm²，移栽规格13.00 cm×25.00 cm；M3，36万苗/hm²，移栽规格11.00 cm×25.00 cm；M4，42万苗/hm²，移栽规格9.50 cm×25.00 cm。每个处理3次重复，小区面积12 m²，长4 m、宽3 m，每个小区种植16行，单苗种植。设1 m宽保护行。

试验材料于2021年4月1日播种，5月24日移栽。供试氮肥为尿素，含氮量46%；田间管理：移栽后到分蘖期，以浅水层（2~3 cm）灌溉为主，并结合两次灌水之间的间隙短期落干通气；当群体总茎蘖数达到计划穗数的80%时晒田，其余生育期均以湿润灌溉为最佳，收获前10 d左右断水晾田。

1.3　测定项目及方法

1.3.1 分蘖动态　在移栽后用竹竿在每个小区从第三行第四株开始连续标定10穴，生长期内每隔7 d调查定点植株记录各小区水稻的分蘖动态。

1.3.2 叶绿素SPAD值　使用日本Konica Minolta SPAD-502 PLUS手持式叶绿素仪于水稻的孕穗期和抽穗期，每小区选取长势一致的10穴用SPAD仪测量剑叶（D1）、倒2叶（D2）和倒3叶（D3）SPAD值，测定时选择完全展开的叶片上1/3、中部和下1/3的位置，取平均值作为各叶片的SPAD值。

1.3.3 株高　成熟期选择连续10株测定地面到穗部顶端的距离，最高稻穗顶花颖尖的高度(cm)，以平均数作为统计分析的基本数据。

1.3.4 产量及其构成因素的测定　在收获前，每个小区选择3个代表性观测点，连续测量5行，每行10株，计算每公顷有效穗数；按小区收获，每个小区测定实际产量，在测产的同时，在每个田间处理根据实际生长状况，取5个单株用于室内拷种。记录单株穗数、穗长、穗重后，利用水稻单株脱粒仪进行脱粒，将实粒和空秕粒分开，风干后测定实粒数和秕粒数，测定实粒重，利用以上数据计算单位面积有效穗数、每穗粒数、结实率、千粒质量。

1.3.5 稻米品质　包括糙米率、整精米率、垩白粒率、垩白度、透明度、胶稠度、直链淀粉含量、蛋白质含量等（所有样品送中国水稻研究所进行检测），测定方法参考《食用稻品种品质》（NY/ T 593-2013）和中华人民共和国国家标准《优质稻谷》（GB/T17891-2017）。

试验数据采用SPSS24.0软件进行统计分析，采用Microsoft Excel软件作图。

2　结果与分析 2.1　施肥和移栽密度处理对云科粳5号分蘖的影响

从图 1和图 2可以看出，移栽后16~30 d分蘖发生速度最快，移栽后37~49 d分蘖数达到最大值，氮肥用量和移栽密度对云科粳5号的分蘖都产生了较明显的影响。由图 1可见，随着氮肥用量的增加，分蘖明显增加，分蘖数峰值也随着施氮量的增加而更高，最高平均分蘖为N3（施氮量330 kg/hm²）达18.80个/穴，最终成穗数也会更多，最高分蘖数与有效穗数呈正相关^[21]。分蘖会影响有效穗数，从而影响最终产量，施氮量N0、N1、N2和N3条件下最终平均有效穗数分别为10.00、9.85、11.28、12.70个/ 穴，随施氮量增加呈上升趋势，提高施氮量有助于有效穗数的提高，对产量提升有所帮助。

由图 2可知，随着移栽密度的增加，分蘖逐渐降低，M4（42万苗/hm²）密度处理最高个体分蘖数仅为13.00个/穴，而M1（24万苗/hm²）密度处理为20个/穴；M1、M2、M3、M4处理最终平均有效穗数分别为13.90、12.75、8.60、8.55个/穴，随着移栽密度增加逐渐降低，在高密度处理中分蘖发生速度、分蘖数峰值、最终成穗数均低于低密度处理M1（24万苗/hm²），增加移栽密度会减少水稻个体发育空间，不利于水稻个体分藥发生能力的有效发挥，最终影响有效穗数。

2.2　施肥和移栽密度处理对云科粳5号SPAD值的影响

由表 1可知，不同处理SPAD值存在差异，各个处理孕穗期顶2叶的SPAD值整体呈高于其余叶片的趋势。云科粳5号从孕穗期到抽穗期SPAD值都呈减少趋势，表明随着生育期进程叶片叶绿素含量逐渐降低，与前人研究结果一致^[22]。

施氮处理与不施氮相比SPAD值较高，说明氮肥能够显著增加水稻的叶绿素含量。不同施氮处理云科粳5号孕穗期同一叶位SPAD值表现为施氮处理（N1）叶片SPAD值比其他处理高，不施氮（N0）SPAD值最低；在抽穗期，不同施氮水平下，高施氮量叶片SPAD值均高于不施氮水稻叶片，由大到小表现为N2 > N3 > N1 > N0，说明增加施氮量会提高SPAD值，水稻叶片SPAD值可作为调节水稻施氮量的相关依据。从孕穗期到抽穗期SPAD值呈减少趋势，D3（倒3叶）叶最为显著，说明水稻叶绿素含量会随着生育进程的推移而逐渐减少，与前人研究结果一致^[23]。

在抽穗期，随着移栽密度的增大，SPAD值呈增大趋势，适宜的栽培密度可以有效改善水稻生长的群体结构，调节水稻叶色，移栽密度过低可能会发挥不出其光能利用效率的最大潜力^[24]。施氮量和密度互作效应在孕穗期D1（剑叶）、D2（倒2叶）及抽穗期D2（倒2叶）达到显著，其余不显著。

2.3　施肥和移栽密度处理对云科粳5号株高及产量的影响

由表 2可知，株高整体随施氮量的增加而呈现增加的趋势，M4（42万苗/hm²）密度处理表现更为明显，随着施氮量增加，株高由97.70 cm增至120.70 cm，N3（施氮量330 kg/hm²）4个密度处理株高整体高于其他施氮量，最高为122.60 cm。高施氮量处理株高显著大于低施氮量处理，说明高施氮量水平有助于株高增加。各施氮量处理整体呈随着密度增大株高先增加后降低趋势，在N0、N1和N3施氮量下株高在M2密度处理达到最高；在N2施氮量下，株高在M3密度处理达到最高116.90 cm。

由表 2可知，不同处理间产量存在差异，16个处理中氮肥和密度的互作效应下，N2M1处理产量最高、达13 347.00 kg/hm²，其次是N2M4处理、为12 956.10 kg/hm²。产量整体随施氮量的增加而呈现先增加后降低的规律，N2（施氮量240 kg/hm²）处理产量最高，较N0、N1、N3平均产量分别增加12.81 %、14.25 %、8.15 %。产量随着移栽密度增加整体呈下降趋势，各施氮量处理最高产密度均为M1（24万苗/hm²）。云科粳5号在N2高氮水平下易取得高产，配合适宜的移栽密度能够进一步提高水稻产量。

2.4　施肥和移栽密度处理对云科粳5号产量构成因素的影响

从表 3可以看出，随着氮肥用量的增加，有效穗数逐渐增加，在N3处理达到最大值。随着移栽密度的增大，在M2（30万苗/hm²）移栽密度处理有效穗数达到最大值；结实率在N1肥效和M4密度处理达到最高，随着施氮量增加结实率先增加后降低，而随着密度增大结实率呈增加趋势；千粒质量和穗长变化不明显。有效穗数、结实率和千粒质量分别以N3M2、N3M2和N0M4处理最高。

2.5　施肥和移栽密度处理对云科粳5号稻米品质的影响

由表 4可知，N3M1处理垩白粒率和垩白度最高，随着氮肥用量逐渐增加，M1移栽密度处理米质垩白粒率和垩白度随氮肥施用量的增加逐渐增加，至N3肥效处理达到最高，在低施氮量下垩白粒率和垩白度较低。N2M1处理胶稠度最高，随着氮肥用量的增加，各移栽密度胶稠度整体呈先增加后降低趋势。N3M3处理直链淀粉含量最高。通过精米率分析可知，M3移栽密度在各施氮量下精米率整体较高，最高处理为N0M3，整精米率最高的处理为N3M4。糙米率和蛋白质含量在N2和N3高肥效下较高，糙米率最高处理为N3M4，蛋白质含量最高处理为N3M2，说明高氮肥会增加稻米的糙米率和蛋白质含量。在N0、N1和N3施氮量下，M4密度处理的米质都为三级，N2施氮量下为二级；在N0施氮量下，4个密度处理都为三级，M2处理在N1、N2和N3施氮量下米质等级都为二级。

3　讨论 3.1　肥料和密度对SPAD值的影响

云科粳5号从孕穗期到抽穗期SPAD值都呈减少趋势，随着生育期进程叶片的叶绿素含量逐渐降低，与前人研究结果一致^[21]。不同处理SPAD值存在差异，不同施氮水平下，施氮处理与不施氮相比SPAD值较高，说明氮肥能够显著增加水稻的叶绿素。叶绿素含量与叶片含氮量密切相关，而水稻叶片SPAD值与其叶绿素含量呈正比，故叶片SPAD值在一定程度上能反映植株叶片氮肥的利用情况^[25]，增加施氮量调节了水稻的生长发育，提高了叶片含氮率，叶片光合能力增强，增加了叶绿素含量，SPAD值也随之升高，具有增产潜力，有助于产量的提升。杨伟清等^[22]研究发现水稻叶片SPAD值在叶面肥喷施浓度主效应影响下，随着浓度增加而递增。在抽穗期，SPAD值随着移栽密度的增大呈增大趋势，适宜的栽培密度可以有效改善水稻生长的群体结构，调节水稻叶色，移栽密度过低可能会发挥不出其光能利用效率的最大潜力。

3.2　肥料和密度对产量及其构成要素的影响

在水稻生长过程中，氮肥的施用和移栽密度是水稻种植过程中的主要栽培措施，对于水稻的生长发育有着关键性作用。前人研究表明随着水稻的移栽密度增加导致水稻单株分蘖数减少，但是却能够增加群体的单位面积有效穗数，而在一定施氮量范围内，水稻产量与施肥量呈正相关^{[10, 26]}。本研究表明云科粳5号随着氮肥用量的增加，分蘖明显增加，高施氮量N3（330 kg/hm²）条件下个体分蘖数最高。而随着移栽密度的增加，分蘖逐渐降低，由于移栽密度过大，致使水稻单株的生长空间过小，影响了分蘖生长速度，最终影响水稻的最终分蘖数以及有效穗数，与前人研究结果一致^[21]。本研究发现随着氮肥的用量增加，有效穗数逐渐增加，与其他肥效相比高肥效增加更显著；结实率在纯氮150 kg/hm²施氮量和42万苗/hm²密度处理达到最高，随着密度增大结实率呈增加趋势；千粒质量变化不明显。

密度和施氮量对云科粳5号产量及其构成因素有不同程度的影响。株高整体随施氮量的增加而呈现增加的趋势，在42万苗/hm²密度处理表现更为明显。各施氮量处理整体呈随着密度增大株高先增加后降低趋势，密度的增加，株高升高，可能原因是个体间竞争力增加，植株间竞争生长，当密度过高时，群体竞争促使养分不足，株高下降。氮肥和密度互作效应在株高上表现不明显。

前人研究认为，水稻产量与施氮量之间的关系往往表现为随着施氮量的升高而表现出产量先升高后降低的抛物线关系，当氮肥用量或移栽密度越过一定界限后，产量出现下降趋势，而移栽密度的确定经常依据施氮量的不同进行适当调整^[5-8]。本研究发现随施氮量增加，产量整体随施氮量的增加而呈现先增加后降低的趋势，施氮量在0~240 kg/hm²时，随着施氮量的增加产量显著上升，当施氮量达到330 kg/hm²时，产量下降，而随着移栽密度增加整体呈先增加后下降趋势，与前人研究结果一致。云科粳5号在纯氮240 kg/hm²水平下易取得高产，配合适宜的移栽密度能够进一步提高水稻产量。

3.3　肥料和密度对稻米品质的影响

关于稻米品质对肥料和密度的响应，相关的研究结果有很多，但由于品种类型、气候条件、试验设计等原因，前人的研究结果不尽相同。周永良等^[27]研究表明，随密度增加，寒优湘晴糙米率、整精米率下降，垩白粒率、垩白度增加，其加工、外观品质变差，这可能是由于水稻群体过大导致水稻植株生长环境变劣，导致灌浆物质积累不足所致。严凯等^[20]研究表明，密度对水稻加工品质影响较小，增密会使水稻精米率和整精米率略微有所提高。聂新星等^[28]研究表明，适当增加氮肥用量可以优化粳稻加工品质。周培南等^[29]研究认为，稻米加工品质对施氮量的响应较为微弱。在本研究中，M3移栽密度在各施氮量下精米率整体较高，最高处理为N0M3，整精米率最高的处理为N3M4。糙米率在N2和N3高肥效下高于N0和N1，糙米率最高处理为N3M4，说明高氮会增加米质的糙米率。外观品质方面，大量研究表明，随施氮量增加，稻米垩白率和垩白度增加，外观品质变劣^[30-31]，本研究发现随着氮肥用量逐渐增加，低移栽密度处理的米质垩白粒率和垩白度随氮肥施用量的增加逐渐增加，在最高肥效N3施氮量下达到最高，在低肥效下垩白粒率和垩白度较低，表明在一定范围内适度增加施氮量可以降低稻米垩白率和垩白度，但超过一定限度后随施氮量增加垩白度和垩白粒率又会上升，导致外观品质变劣。刘建等^[32]研究表明，水稻直链淀粉含量随着施氮量增加而上升。高辉等^[33]研究表明，0~300 kg/hm²施氮量范围内，随施氮量增加稻米胶稠度会一定程度变短。本研究发现随着氮肥用量的增加，各移栽密度胶稠度整体呈先增加后降低趋势，与前人研究一致。营养品质方面，前人研究一致认为增加施氮量可以提高稻米蛋白质含量^[34-36]，本研究发现蛋白质含量在N2和N3肥效下较高，最高处理为N3M2，说明高氮肥可以增加米质的蛋白质含量，这可能是由于随着施氮量的适当增加，碳氮代谢增强，蛋白质积累速率提升^[37]。

4　结论

本研究结果表明，随着氮肥用量的增加，云科粳5号分蘖明显增加，高氮条件下个体分蘖数最高。而随着移栽密度的增加，分蘖逐渐降低，株高整体随施氮量的增加而呈现增加的趋势，在最高施氮量330 kg/hm²下至最高为122.60 cm，氮肥和密度互作效应在株高上表现不明显。随着施氮量的增加产量呈先上升后下降的趋势。不同处理SPAD值存在差异，不同施氮水平下，各施氮处理与不施氮相比SPAD值较高，说明氮肥能够显著增加水稻的叶色。通过试验说明移栽密度与施氮量对有效穗数、结实率、SPAD和千粒质量有不同程度的影响。高氮和高密度会增加米质的糙米率，高氮肥可以增加米质的蛋白质含量。综合产量与稻米品质结果，本研究认为在施纯氮量240 kg/hm²和移栽密度24万苗/hm²组合下，云科粳5号产量最高达13 308.00 kg/hm²，米质综合判定二级，为最优组合，可应用于实际生产。