在耕地面积和质量持续下降的形势下,提高作物单产,是减轻人口持续增加对粮食需求压力的重要途径。近些年,人们为了达到高产而过量施用氮肥,产生了多方面的负效应。因此探索与氮肥用量相结合的适宜栽培措施,使作物群体高效利用光、温、肥水等资源,是兼顾作物高产和资源高效的迫切需求。本研究结合田间试验与室内营养液培养试验,试验设置分别为:于2012-2014连续三年在江苏省如皋市农业科学研究所长期试验田进行,主处理设置5个氮水平(0、90、180、270、360 kgha-1),副处理设置两个栽培密度[High density(HD),32.5×104 hill ha-1;Low density(LD),25.5×104hill ha-1]的试验;室内营养液培养试验,主处理设置3个氮水平(5、40、80ppm),副处理设置两个移栽密度(12穴/箱、24穴/箱)。研究了不同氮水平耦合栽培密度对水稻群体建成、干物质及总氮的累积与分配、群体生理生态特性、产量形成过程中植株体内养分及非结构性碳水化合物(NSC)的空间变化及彼此间相互关系的影响,以期为水稻生产中合理氮肥用量与栽培密度的选择提供有效的理论和实践依据。本文主要研究结果如下:1、氮水平及栽培密度对水稻各生育期生物量的累积、分配均产生影响,以HD下N180和LD下N270的生物量最大;在孕穗期之前HD处理群体生物量大于LD处理,孕穗期之后LD处理较大的个体弥补了其群体的不足,导致两栽培密度下的群体差异逐渐减小。产量形成过程中,氮水平对不同器官单穴生物量的影响程度表现为叶>鞘>茎,并且对不同叶位、茎位、鞘位的影响程度整体表现为倒1>倒2>倒3>余下部分。在产量形成过程中叶、茎、鞘生物量的减少量为鞘>叶>茎。2、HD和LD分别在N180和N270,获得较协调的产量构成因素、较高的总氮累积量,达到两者的最高产量,且两密度下最大产量无显著差异;达到最大产量时,HD更大程度上依赖于单位面积的穗数,LD则更大程度上依赖于更多的穗粒数;随氮水平的增加,水稻地上部群体在营养生长阶段总氮累积量的比例增加,生殖生长阶段总氮累积量的比例下降;水稻地上部群体总氮累积量及产量增加幅度逐渐减小,因此氮回收效率(REN)、氮农学效率(AEN)、氮偏生产力(PFPN)、氮生理效率(PEN)均随氮水平的增加而降低,且HD和LD间无显著差异。3、各氮水平下,HD比LD提早达到有效分蘖数,尽管HD处理成穗率(80.9%)小于LD处理(83.7%),HD处理N180时单位面积的有效分蘖数达到最大;以水稻分蘖中期的生长特征为例,分析表明:水稻的相对生长速率、干物质向叶片的分配比例、茎鞘氮浓度,群体净光截获量、不定根数目都与其分蘖速率呈显著正相关关系。4、(1)水稻群体建成时,HD和LD下叶面积指数(LAI)达到最大的氮水平均为N270。新完全展开叶的叶绿素含量在最大分蘖期、孕穗期、抽穗期达到最大值时,对应的氮水平分别是N270、N180、N270,随生育期的延续叶绿素a与b的比值增大。(2)在一定范围内,叶片光合速率随氮水平的增加而增加,与产量呈显著正相关关系;氮水平对不同叶位光合速率的影响程度为倒1>倒2>倒3;从抽穗至成熟,不同叶位光合速率下降比例均约为60%,不同叶位Rubisco酶总降解比例均约为75%。(3)各生育期或每个生育期一天内不同时间,水稻群体冠层温度均随氮水平的增加而降低,与产量呈显著负相关关系;各氮水平间白天的温度差异大于夜晚;冠层温度的变化与叶片含水量、蒸腾速率、行间湿度,碳氮比均呈负相关关系。以上各指标在HD和LD间均无显著差异。5、(1)水稻不同部位叶、茎、鞘的氮浓度达到最大时所需的氮水平随叶位、茎位、鞘位的增加呈增加趋势。产量形成过程中,叶、茎、鞘氮浓度降低比例的平均值为叶(70.4%)>鞘(48.0%)>茎(21.8%);NSC浓度降低比例的平均值为鞘(41.4%)>茎(25.1%)>叶(23.5%)。(2)不同部位叶、茎、鞘的氮、NSC的浓度变化存在较大差异:对于氮浓度,各叶位下降比例均约为70%,各鞘位下降比例均约为48%,而倒1茎>倒2茎,倒3及余下茎氮浓度没有明显变化;对于NSC浓度,不同部位叶、茎、鞘的NSC浓度在灌浆前期均下降,而灌浆后期均出现明显的累积;且他们下降比例趋于稳定的临界氮水平均为N180。(3)灌浆过程中,籽粒氮浓度随氮水平的增加而增加;NSC浓度在抽穗期时随氮水平的增加而降低,之后各氮水平下籽粒的NSC浓度没有显著差异。6、(1)氮水平及栽培密度均影响着穗长、穗梗数、每梗粒数,由于氮水平对结实率、千粒重的影响,最终导致成熟期时各处理下单穗重没有显著差异;氮水平显著影响着强、弱势粒灌浆过程的生长特性:氮水平小于N180时,籽粒的灌浆速率明显大于氮水平大于N180时籽粒的灌浆速率,但HD和LD间籽粒灌浆过程的生长特性没有差异。(2)随氮水平增加籽粒氮浓度增加,随灌浆的持续籽粒氮浓度基本平稳,强势粒氮浓度整体比弱势粒高6.7%;籽粒磷浓度随氮水平增加而降低,随灌浆的持续籽粒氮浓度呈增加趋势,强势粒磷浓度整体比弱势粒高9.5%;灌浆初期籽粒钾浓度随氮素水平增加而增加,随灌浆持续,籽粒钾浓度下降,各氮水平下差异逐渐减小,强势粒钾浓度整体比弱势粒低46.7%。(3)叶片修剪越多,单穗重下降越多,叶片的修剪主要影响着结实率及弱势粒粒。相同修剪叶片处理对籽粒产量的影响程度随氮水平得增加而增加。