土壤水分對(duì)大豆根冠生長(zhǎng)及生理特性和產(chǎn)量的影響

劉秀紅　杜天慶　郝建平　申毅力

摘要：采用盆栽方法，探討了生土條件下不同土壤水分對(duì)大豆根冠生長(zhǎng)、生理特性及產(chǎn)量的影響。結(jié)果表明：土壤水分含量為18%的輕微水分脅迫可以使大豆植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)協(xié)調(diào)，根冠比協(xié)調(diào)，對(duì)根系活力的穩(wěn)定與后期延緩根系活力的下降具有一定作用，從而也使產(chǎn)量構(gòu)成因子協(xié)調(diào)發(fā)展，最終獲得較高的產(chǎn)量。土壤水分含量為14%的脅迫條件對(duì)根、冠都產(chǎn)生不利影響，特別是根瘤數(shù)量的產(chǎn)生對(duì)水分脅迫更為敏感。土壤水分含量為22%時(shí)，營(yíng)養(yǎng)器官比例增大，生殖器官比例減少，導(dǎo)致大豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量降低。研究結(jié)果還表明，大豆植株體內(nèi)游離脯氨酸含量是衡量水分脅迫生理的重要指標(biāo)，它較根系活力等生理指標(biāo)更為明顯、規(guī)律、準(zhǔn)確。

關(guān)鍵詞：土壤水分；大豆；根冠；生理指標(biāo)；產(chǎn)量

中圖分類(lèi)號(hào)：S565.101文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號(hào)：1002-1302（2014）01-0074-03

收稿日期：2013-08-09

基金項(xiàng)目：國(guó)家自然科學(xué)基金（編號(hào)：31101113）。

作者簡(jiǎn)介：劉秀紅（1972—），女，山西長(zhǎng)治人，碩士，講師，主要從事作物高產(chǎn)栽培研究。E-mail：lxiuhong@sina.com。

通信作者：杜天慶，博士，副教授，碩士生導(dǎo)師，主要從事作物高產(chǎn)優(yōu)質(zhì)研究。E-mail：tgdtq1968@sina.com。大豆作為糧食作物和油料作物，是人類(lèi)優(yōu)質(zhì)蛋白質(zhì)和食用油脂的重要來(lái)源。世界對(duì)大豆需求日益增加，目前大豆和其他高產(chǎn)作物相比，相對(duì)產(chǎn)量偏低[1]。在復(fù)墾開(kāi)發(fā)利用的荒坡溝壑上種植大豆，不僅可以提高大豆總產(chǎn)，而且可以改良土壤肥力。關(guān)于土壤水分對(duì)大豆生長(zhǎng)發(fā)育及生理特性的影響，前人研究認(rèn)為大豆一生需水量較高，每形成1 g干物質(zhì)需要消耗水600～800 g。而大豆根系較不發(fā)達(dá)，是豆類(lèi)作物中對(duì)缺水比較敏感的一種，水分不僅影響大豆植株形態(tài)建成，而且還影響其生理反應(yīng)，進(jìn)而影響產(chǎn)量的高低，水分虧缺對(duì)大豆根系的分布、根的長(zhǎng)度、產(chǎn)量都有很大的影響[2]。這些研究都是在耕作土壤上進(jìn)行的，在新開(kāi)墾的生土地上的相關(guān)研究還未見(jiàn)報(bào)道。本試驗(yàn)采用盆栽方法系統(tǒng)地研究了生土條件下不同土壤水分處理對(duì)大豆根冠生長(zhǎng)、生理特性及產(chǎn)量的影響，以期為新開(kāi)墾的生土地上大豆節(jié)水高產(chǎn)栽培及水資源的合理配置提供科學(xué)依據(jù)。

1材料與方法

1.1試驗(yàn)材料

供試作物為大豆品種晉大53號(hào)；供試土壤為地表3 m以下的生土，生土有機(jī)質(zhì)含量0.216%、全氮含量0.203 g/kg、堿解氮含量11.2 mg/kg、速效磷含量6.91 mg/kg、速效鉀含量70 mg/kg。生土晾干、砸碎、過(guò)3 mm篩。為了研究根系時(shí)便于取根，用生土、蛭石及細(xì)沙按體積8 ∶1 ∶1充分混勻后備用。

1.2試驗(yàn)方法

本試驗(yàn)于2012年進(jìn)行，采用盆栽法，每盆裝混合土壤 20 kg，拌有機(jī)肥333 g/盆、尿素2 g/盆、過(guò)磷酸鈣4.67 g/盆、氯化鉀1 g/盆。試驗(yàn)設(shè)3個(gè)不同水分處理，即土壤重量絕對(duì)含水量分別為14%（中度水分脅迫）、18%（輕度水分脅迫）、22%（充分灌水），用稱(chēng)重法進(jìn)行控水。每個(gè)處理重復(fù)18次，隨機(jī)排列。

5月5日播種，出苗后每盆留苗3株，分別于苗期（6月4日）、初花期（6月23日）、結(jié)莢期（7月31日）、鼓粒期（8月18日）和鼓粒期末（9月1日）取樣，每次取樣3盆，用于形態(tài)指標(biāo)株高、植株根冠干物重、根瘤數(shù)的測(cè)定，根部、冠部從植株子葉節(jié)處剪斷分開(kāi)。收獲時(shí)，另外3盆分盆考種，產(chǎn)量性狀測(cè)定每盆莢數(shù)、每盆莢重、每盆粒重。生育期間，測(cè)定大豆根系活力、葉片葉綠素含量和脯氨酸含量；根系活力的測(cè)定采用TTC法，葉綠素含量的測(cè)定采用浸提法，脯氨酸含量的測(cè)定采用茚三酮顯色法。

2結(jié)果與分析

2.1土壤水分對(duì)大豆根冠生長(zhǎng)的影響

土壤水分與大豆根冠生長(zhǎng)關(guān)系密切。閆春娟等認(rèn)為在同一控水時(shí)期，隨著土壤含水量升高，根冠比逐漸減小[3]；王敏等的研究結(jié)果表明，干旱脅迫下大豆株高、莖重和根重均有所下降，根冠比有所增大[4]。由圖1可以看出，在本試驗(yàn)不同土壤水分條件下，任何生育時(shí)期土壤水分脅迫時(shí)，植株高度、冠部干重、根瘤數(shù)及根系干重與充分灌水時(shí)相比明顯降低。值得指出的是，在同樣的水分脅迫條件下，不同生育時(shí)期對(duì)地上部影響不同，而且對(duì)根系干重、根瘤數(shù)的影響大于對(duì)株高、冠部干重的影響。對(duì)根冠比進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)在大豆苗期（6月4日）、初花期（6月23日）和鼓粒期（8月18日），輕度（18%）、中度（14%）的土壤水分脅迫處理均使大豆的根冠比增大，而在大豆的生育后期（9月1日），與充分灌水相比，不同程度的水分脅迫的根冠比下降，這可能與生育后期水分脅迫條件造成根系活力急劇衰退有關(guān)。

2.2土壤水分對(duì)大豆生理活性的影響

2.2.1土壤水分對(duì)根系活力的影響根系活力是反映根系吸收功能的一項(xiàng)綜合指標(biāo)。大豆初花期之后，對(duì)不同水分處理根系活力的測(cè)定結(jié)果（圖2）表明，18%水分處理植株根系活力變化曲線最平穩(wěn)，而且在成熟期根系仍表現(xiàn)出較高的活

力，說(shuō)明輕微的水分虧缺有利于大豆根系生長(zhǎng)，這與沈融等的研究結(jié)果[5]一致。在14%土壤水分脅迫下，植株的根系活力高于22%處理，但曲線變化劇烈，這主要是由于根系從土壤中獲得的水分首先用于維持其自身生長(zhǎng)發(fā)育的需要，因而表現(xiàn)為當(dāng)根系受到水分脅迫時(shí)，通過(guò)根系活力提高來(lái)減輕脅迫的危害程度，但在生育后期水分脅迫條件下，根系活力急劇衰退，這是造成地上部早衰早熟的重要原因。在水分基本滿(mǎn)足和水分較充足的條件下，根系活力隨籽粒形成對(duì)水分需求的增加而緩慢遞增。

2.2.2土壤水分對(duì)葉綠素含量的影響盧瓊瓊等研究認(rèn)為，大豆幼苗葉片中葉綠素含量隨干旱脅迫強(qiáng)度的增大而減少，隨著脅迫時(shí)間延長(zhǎng)，在輕度干旱脅迫條件下葉綠素含量呈先上升后下降的趨勢(shì)，中度和重度干旱脅迫下葉綠素含量呈現(xiàn)明顯的下降趨勢(shì)[6]。本試驗(yàn)結(jié)果（圖3）表明，隨著生育時(shí)期的后延，輕度和中度水分脅迫處理植株葉片葉綠素含量都呈下降趨勢(shì)，特別是在7月31日之后，14%水分脅迫處理葉綠素含量下降的幅度為68.06%，顯著高于18%水分處理的5691%，說(shuō)明在生育后期中度水分脅迫會(huì)使植株葉片過(guò)早落黃，這對(duì)大豆籽粒灌漿極為不利。與這2種水分脅迫處理相比較，在較為適宜的土壤水分（22%）條件下，7月31日的測(cè)定結(jié)果顯示葉綠素含量比7月7日增加了6.97%，說(shuō)明直至生育后期，葉色濃綠，且8月10日測(cè)定葉綠素含量高于這2

種脅迫處理。

2.2.3土壤水分對(duì)脯氨酸含量的影響脯氨酸含量是植物水分脅迫反映的重要指標(biāo)，王啟明等研究認(rèn)為隨著水分脅迫的加強(qiáng)，游離脯氨酸的累積顯著增加[7]。圖4為7月21日大豆結(jié)莢初期植物體內(nèi)游離脯氨酸含量的測(cè)定結(jié)果，從中可以看出，隨著土壤含水量的下降，脯氨酸含量呈遞增的趨勢(shì)，這與王啟明等的研究結(jié)果[7]一致。14%處理脯氨酸含量為 0.612 1 μg/g，顯著高于18%處理的0.554 4 μg/g和22%處理的0.542 5 μg/g，18%處理和22%處理之間脯氨酸含量差異未達(dá)0.05顯著水平，這2種土壤含水量皆未受到脅迫危害，其中18%的土壤含水量應(yīng)當(dāng)是適宜含水量，較22%含水量用水更經(jīng)濟(jì)。

2.3土壤水分對(duì)大豆產(chǎn)量的影響

張恒月等認(rèn)為干旱處理對(duì)植株的生長(zhǎng)有一定的影響，而且有可能增加植株的產(chǎn)量[8]。Shan等認(rèn)為適度水分虧缺不僅不會(huì)減產(chǎn)，反而對(duì)產(chǎn)量產(chǎn)生積極影響[9]。由圖5可以看出，18%水分處理每盆莢數(shù)、每盆粒數(shù)和每盆的經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量最高，22%處理次之，14%處理產(chǎn)量最低。因?yàn)樵?4%水分脅迫條件下，根苗生長(zhǎng)受到了嚴(yán)重的抑制，地上部莖葉生長(zhǎng)不良，沒(méi)有搭好豐產(chǎn)的架子，導(dǎo)致每盆莢數(shù)下降，同時(shí)后期根系早衰，籽粒灌漿不良，也是造成粒重下降的最直接的原因。22%處理產(chǎn)量低于18%處理，可能是因?yàn)榍捌谇o葉猛發(fā)，生殖生長(zhǎng)

延遲；中期莖葉徒長(zhǎng)，葉色濃綠，葉片肥大，營(yíng)養(yǎng)生長(zhǎng)過(guò)度，消耗了大量養(yǎng)分，源庫(kù)失調(diào)，結(jié)莢少；后期葉色不落黃，貪青晚熟，粒重下降。

3結(jié)論

水分作為影響作物生育的主要因素之一，影響著作物的生理生化過(guò)程，最終以植物各部分生物量的積累、產(chǎn)量的形成體現(xiàn)出來(lái)。本試驗(yàn)研究結(jié)果表明，維持土壤含水量在18%是大豆?fàn)I養(yǎng)生長(zhǎng)、生殖生長(zhǎng)的協(xié)調(diào)點(diǎn)，輕微的水分脅迫使大豆植株?duì)I養(yǎng)生長(zhǎng)與生殖生長(zhǎng)協(xié)調(diào)，根冠比協(xié)調(diào)，對(duì)根系活力的穩(wěn)定與后期延緩根系活力的下降具有一定作用，從而也使產(chǎn)量構(gòu)成因子協(xié)調(diào)發(fā)展，最終獲得較高的產(chǎn)量。14%水分脅迫條件對(duì)根、冠都產(chǎn)生不利影響，特別是根瘤數(shù)的產(chǎn)生對(duì)水分脅迫更為敏感。土壤水分為22%時(shí)，過(guò)多的土壤水分使?fàn)I養(yǎng)器官比例增大，生殖器官豆莢、豆粒比例減少，導(dǎo)致大豆經(jīng)濟(jì)產(chǎn)量降低。這與他人的研究結(jié)果[10-11]是一致的，過(guò)多或過(guò)少的土壤水分對(duì)大豆籽粒產(chǎn)量都有不利影響。研究結(jié)果還表明，大豆植株體內(nèi)游離脯氨酸含量是衡量水分脅迫生理的重要指標(biāo)，它較根系活力等生理指標(biāo)更為明顯、規(guī)律、準(zhǔn)確。

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