土壤水分对大豆根冠生长及生理特性和产量的影响

刘秀红　杜天庆　郝建平　申毅力

摘要：采用盆栽方法，探讨了生土条件下不同土壤水分对大豆根冠生长、生理特性及产量的影响。结果表明：土壤水分含量为18%的轻微水分胁迫可以使大豆植株营养生长与生殖生长协调，根冠比协调，对根系活力的稳定与后期延缓根系活力的下降具有一定作用，从而也使产量构成因子协调发展，最终获得较高的产量。土壤水分含量为14%的胁迫条件对根、冠都产生不利影响，特别是根瘤数量的产生对水分胁迫更为敏感。土壤水分含量为22%时，营养器官比例增大，生殖器官比例减少，导致大豆经济产量降低。研究结果还表明，大豆植株体内游离脯氨酸含量是衡量水分胁迫生理的重要指标，它较根系活力等生理指标更为明显、规律、准确。

关键词：土壤水分；大豆；根冠；生理指标；产量

中图分类号：S565.101文献标志码：A文章编号：1002-1302（2014）01-0074-03

收稿日期：2013-08-09

基金项目：国家自然科学基金（编号：31101113）。

作者简介：刘秀红（1972—），女，山西长治人，硕士，讲师，主要从事作物高产栽培研究。E-mail：lxiuhong@sina.com。

通信作者：杜天庆，博士，副教授，硕士生导师，主要从事作物高产优质研究。E-mail：tgdtq1968@sina.com。大豆作为粮食作物和油料作物，是人类优质蛋白质和食用油脂的重要来源。世界对大豆需求日益增加，目前大豆和其他高产作物相比，相对产量偏低[1]。在复垦开发利用的荒坡沟壑上种植大豆，不仅可以提高大豆总产，而且可以改良土壤肥力。关于土壤水分对大豆生长发育及生理特性的影响，前人研究认为大豆一生需水量较高，每形成1 g干物质需要消耗水600～800 g。而大豆根系较不发达，是豆类作物中对缺水比较敏感的一种，水分不仅影响大豆植株形态建成，而且还影响其生理反应，进而影响产量的高低，水分亏缺对大豆根系的分布、根的长度、产量都有很大的影响[2]。这些研究都是在耕作土壤上进行的，在新开垦的生土地上的相关研究还未见报道。本试验采用盆栽方法系统地研究了生土条件下不同土壤水分处理对大豆根冠生长、生理特性及产量的影响，以期为新开垦的生土地上大豆节水高产栽培及水资源的合理配置提供科学依据。

1材料与方法

1.1试验材料

供试作物为大豆品种晋大53号；供试土壤为地表3 m以下的生土，生土有机质含量0.216%、全氮含量0.203 g/kg、碱解氮含量11.2 mg/kg、速效磷含量6.91 mg/kg、速效钾含量70 mg/kg。生土晾干、砸碎、过3 mm筛。为了研究根系时便于取根，用生土、蛭石及细沙按体积8 ∶1 ∶1充分混匀后备用。

1.2试验方法

本试验于2012年进行，采用盆栽法，每盆装混合土壤 20 kg，拌有机肥333 g/盆、尿素2 g/盆、过磷酸钙4.67 g/盆、氯化钾1 g/盆。试验设3个不同水分处理，即土壤重量绝对含水量分别为14%（中度水分胁迫）、18%（轻度水分胁迫）、22%（充分灌水），用称重法进行控水。每个处理重复18次，随机排列。

5月5日播种，出苗后每盆留苗3株，分别于苗期（6月4日）、初花期（6月23日）、结荚期（7月31日）、鼓粒期（8月18日）和鼓粒期末（9月1日）取样，每次取样3盆，用于形态指标株高、植株根冠干物重、根瘤数的测定，根部、冠部从植株子叶节处剪断分开。收获时，另外3盆分盆考种，产量性状测定每盆荚数、每盆荚重、每盆粒重。生育期间，测定大豆根系活力、叶片叶绿素含量和脯氨酸含量；根系活力的测定采用TTC法，叶绿素含量的测定采用浸提法，脯氨酸含量的测定采用茚三酮显色法。

2结果与分析

2.1土壤水分对大豆根冠生长的影响

土壤水分与大豆根冠生长关系密切。闫春娟等认为在同一控水时期，随着土壤含水量升高，根冠比逐渐减小[3]；王敏等的研究结果表明，干旱胁迫下大豆株高、茎重和根重均有所下降，根冠比有所增大[4]。由图1可以看出，在本试验不同土壤水分条件下，任何生育时期土壤水分胁迫时，植株高度、冠部干重、根瘤数及根系干重与充分灌水时相比明显降低。值得指出的是，在同样的水分胁迫条件下，不同生育时期对地上部影响不同，而且对根系干重、根瘤数的影响大于对株高、冠部干重的影响。对根冠比进行比较，发现在大豆苗期（6月4日）、初花期（6月23日）和鼓粒期（8月18日），轻度（18%）、中度（14%）的土壤水分胁迫处理均使大豆的根冠比增大，而在大豆的生育后期（9月1日），与充分灌水相比，不同程度的水分胁迫的根冠比下降，这可能与生育后期水分胁迫条件造成根系活力急剧衰退有关。

2.2土壤水分对大豆生理活性的影响

2.2.1土壤水分对根系活力的影响根系活力是反映根系吸收功能的一项综合指标。大豆初花期之后，对不同水分处理根系活力的测定结果（图2）表明，18%水分处理植株根系活力变化曲线最平稳，而且在成熟期根系仍表现出较高的活

力，说明轻微的水分亏缺有利于大豆根系生长，这与沈融等的研究结果[5]一致。在14%土壤水分胁迫下，植株的根系活力高于22%处理，但曲线变化剧烈，这主要是由于根系从土壤中获得的水分首先用于维持其自身生长发育的需要，因而表现为当根系受到水分胁迫时，通过根系活力提高来减轻胁迫的危害程度，但在生育后期水分胁迫条件下，根系活力急剧衰退，这是造成地上部早衰早熟的重要原因。在水分基本满足和水分较充足的条件下，根系活力随籽粒形成对水分需求的增加而缓慢递增。

2.2.2土壤水分对叶绿素含量的影响卢琼琼等研究认为，大豆幼苗叶片中叶绿素含量随干旱胁迫强度的增大而减少，随着胁迫时间延长，在轻度干旱胁迫条件下叶绿素含量呈先上升后下降的趋势，中度和重度干旱胁迫下叶绿素含量呈现明显的下降趋势[6]。本试验结果（图3）表明，随着生育时期的后延，轻度和中度水分胁迫处理植株叶片叶绿素含量都呈下降趋势，特别是在7月31日之后，14%水分胁迫处理叶绿素含量下降的幅度为68.06%，显著高于18%水分处理的5691%，说明在生育后期中度水分胁迫会使植株叶片过早落黄，这对大豆籽粒灌浆极为不利。与这2种水分胁迫处理相比较，在较为适宜的土壤水分（22%）条件下，7月31日的测定结果显示叶绿素含量比7月7日增加了6.97%，说明直至生育后期，叶色浓绿，且8月10日测定叶绿素含量高于这2

种胁迫处理。

2.2.3土壤水分对脯氨酸含量的影响脯氨酸含量是植物水分胁迫反映的重要指标，王启明等研究认为随着水分胁迫的加强，游离脯氨酸的累积显著增加[7]。图4为7月21日大豆结荚初期植物体内游离脯氨酸含量的测定结果，从中可以看出，随着土壤含水量的下降，脯氨酸含量呈递增的趋势，这与王启明等的研究结果[7]一致。14%处理脯氨酸含量为 0.612 1 μg/g，显著高于18%处理的0.554 4 μg/g和22%处理的0.542 5 μg/g，18%处理和22%处理之间脯氨酸含量差异未达0.05显著水平，这2种土壤含水量皆未受到胁迫危害，其中18%的土壤含水量应当是适宜含水量，较22%含水量用水更经济。

2.3土壤水分对大豆产量的影响

张恒月等认为干旱处理对植株的生长有一定的影响，而且有可能增加植株的产量[8]。Shan等认为适度水分亏缺不仅不会减产，反而对产量产生积极影响[9]。由图5可以看出，18%水分处理每盆荚数、每盆粒数和每盆的经济产量最高，22%处理次之，14%处理产量最低。因为在14%水分胁迫条件下，根苗生长受到了严重的抑制，地上部茎叶生长不良，没有搭好丰产的架子，导致每盆荚数下降，同时后期根系早衰，籽粒灌浆不良，也是造成粒重下降的最直接的原因。22%处理产量低于18%处理，可能是因为前期茎叶猛发，生殖生长

延迟；中期茎叶徒长，叶色浓绿，叶片肥大，营养生长过度，消耗了大量养分，源库失调，结荚少；后期叶色不落黄，贪青晚熟，粒重下降。

3结论

水分作为影响作物生育的主要因素之一，影响着作物的生理生化过程，最终以植物各部分生物量的积累、产量的形成体现出来。本试验研究结果表明，维持土壤含水量在18%是大豆营养生长、生殖生长的协调点，轻微的水分胁迫使大豆植株营养生长与生殖生长协调，根冠比协调，对根系活力的稳定与后期延缓根系活力的下降具有一定作用，从而也使产量构成因子协调发展，最终获得较高的产量。14%水分胁迫条件对根、冠都产生不利影响，特别是根瘤数的产生对水分胁迫更为敏感。土壤水分为22%时，过多的土壤水分使营养器官比例增大，生殖器官豆荚、豆粒比例减少，导致大豆经济产量降低。这与他人的研究结果[10-11]是一致的，过多或过少的土壤水分对大豆籽粒产量都有不利影响。研究结果还表明，大豆植株体内游离脯氨酸含量是衡量水分胁迫生理的重要指标，它较根系活力等生理指标更为明显、规律、准确。

参考文献：

[1]黄中文，赵团结，喻德跃，等. 大豆产量有关性状QTL的检测[J]. 中国农业科学，2009，42（12）：4155-4165.

[2]白伟，孙占祥，刘晓晨，等. 苗期调亏灌溉对大豆生长发育和产量的影响[J]. 干旱地区农业研究，2009，27（4）：50-53.

[3]闫春娟，王文斌，孙旭刚，等. 干旱胁迫对大豆根系发育影响初报[J]. 大豆科学，2012，31（6）：924-926，931.

[4]王敏，杨万明，杜维俊.苗期大豆根系及地上部性状与耐旱性的关系[J]. 大豆科学，2012，31（3）：399-405.

[5]沈融，章建新，古丽娜，等. 亏缺灌溉对大豆根系生长和养分积累及产量的影响[J]. 大豆科学，2011，30（1）：62-66.

[6]卢琼琼，宋新山，严登华. 干旱胁迫对大豆苗期光合生理特性的影响[J]. 中国农学通报，2012，28（9）：42-47.

[7]王启明，马原松. 不同抗旱品种大豆苗中脯氨酸累积的差异[J]. 商丘职业技术学院学报，2005，4（2）：63-64.

[8]张恒月，郭屹立，王磊，等. 干旱和复水对大豆叶片光合生理特性及产量的影响[J]. 河南大学学报：自然科学版，2009，39（2）：183-188.

[9]Shan L，Zhang S Q. Water saving agriculture and its biological basis[J]. Research of Soil and Water Conservation，1999，6（1）：2-6.

[10]王英，谢云，刘刚，等. 东北黑土区土壤水分对大豆生长影响的试验研究[J]. 干旱地区农业研究，2011，29（3）：53-57.

[11]毛洪霞. 不同水分处理对滴灌大豆干物质积累及生理参数的影响[J]. 大豆科学，2009，28（2）：247-250.毛鑫，宇鑫，王鹏飞，等.