伊犁河谷区地处半干旱农业区^[1]，是新疆大豆主产区之一。大豆高产耗水依靠灌溉满足^[2]，由于灌溉水资源的日益匮乏，采用高效节水技术是大豆生产的必然选择^[3]。虽然大豆生产上已普遍采用滴灌技术^[4]，但仍然存在灌水盲目性大、灌溉定额过高以及产量和水分利用效率较低等突出问题^[5]。土壤干旱供水不足或土壤积水产生涝害均不利于大豆高产和水分利用效率的提高^[6-7]。合理灌溉可调控土壤含水量，实现大豆高产和提高水分利用效率^[8]。发达的根系能够保证大豆吸收足够的养分及水分^[9]，是高产的前提条件。开花结荚期是大豆生长用水的关键期^[10]，也是大豆根系和地上部快速增长及花荚形成的关键时期^[11]。适宜的灌水时期和灌溉量可以增加春大豆总根干重、总侧根长和地上部干物质积累量^[12]，增加花荚数和百粒数，最终增加产量^[13]。出苗至结荚期轻度干旱胁迫可以促进大豆根系生长，增加根系干重、侧根长和根表面积，防止大豆徒长，减少花荚脱落，增加产量，而严重干旱胁迫均降低根系的生长，增加花荚脱落，降低产量^[14]。有关水氮后移条件下，灌水量对大豆根系生长和水分利用效率的影响规律尚不清楚。本文研究了大豆始荚期灌头水和滴施氮肥条件下，滴灌量对新农豆2号根系生长、产量及水分利用效率的影响，为大豆节水高产栽培提供理论依据。

新农豆2号由新疆农业大学农学院提供。

试验于2022-2023年在新疆伊犁州伊宁县农业技术推广中心试验基地（81°31′ E，43°57′ N）进行。伊犁河谷气候温和湿润，属于温带大陆性气候，年均气温10.4 ℃，年日照时数2900 h。试验地土壤为砂壤土，2年0~20 cm土壤有机质含量分别为18.27 g/kg、15.08 g/kg、碱解氮99.25 mg/kg、93.44 mg/kg、速效磷38.7 mg/kg、46.31 mg/kg、速效钾289.67 mg/kg、222.54 mg/kg、pH 7.92~8.10。播种前2022年基施重过磷酸钙375.00 kg/hm²，2023年基施磷酸二铵375.00 kg/hm²。

试验设置1000（W₁）、1400（W₂）、1800（W₃）、2200（W₄）和2600 m³/hm²（W₅）5个灌溉量处理。田间随机区组排列，小区面积22.4 m²（7.0 m×3.2 m），3次重复。4月15日人工点播。等行距40 cm，株距8.3 cm。第3复叶全展时定苗，定苗后铺设滴灌系统，按“一管两行”将毛管铺设于大豆行中间，滴头间距16.6 cm，滴头流量2.5~3.5 L/h，2年试验每个处理分别灌溉4次，2022年灌溉日期为6月16日、7月2日、7月20日、8月8日，2023年灌溉日期为6月19日、7月5日、7月22日和8月11日（表1）。2022年6月16日头水灌溉时随水滴入150 kg/hm²尿素，7月20日追肥150 kg/hm²尿素，共300 kg/hm²尿素。2023年6月19日头水灌溉随水追肥150 kg/hm²，7月22日追肥150 kg/hm²，共300 kg/hm²（降水量见表2）。人工锄草2次，2022年9月8-10日收获。2023年9月9-11日收获。

分别在始荚期（R₃）、始粒期（R₅）、满粒期（R₆）和成熟初期（R₇）选取代表性样本取样，采用挖掘法。取土样体积13 280 cm³（长×宽×高，16.6 cm×40.0 cm×20.0 cm），按每20 cm分层取根样，至无根层时停止取样，3次重复。

每层根系放入铁制纱筐内，铺入100、120、150目筛网，使用可调节高压水枪进行冲洗，分层挑拣出根系，放入水盆中分次漂洗，将主根与侧根分开。使用根系扫描仪WinRHIZO-2004a分别将各土层侧根、根瘤放入30 cm×40 cm树脂槽内，进行扫描获得图片。使用数字化分析软件（万深LA-S根系分析系统）分析0~80 cm土层根系照片（扫描像素600 bpi），获得根系形态指标。将扫描后的根系在105 ℃下杀青30 min，80 ℃烘干至恒重，用万分之一天平称根系干重，并计算总侧根干重（g/m²）、根干重密度（g/m³）、总侧根长（m/m²）和侧根长密度（m/m³）。

分别在始荚期、始粒期、满粒期和成熟初期选取代表性样本取样（晚8点），各小区2株，在大豆植株茎秆子叶节处剪断，然后将装有已知重量脱脂棉的塑料管与茎切口处紧密固定在一起，12 h后取出试管，用万分之一天平称试管重量，以计算根系伤流量。

各小区选取中间代表性样点10 m²（5.0 m×2.0 m）实收测产，重复3次。成熟期每小区连续选取10株，测定各处理有效分枝数、分枝荚数、单株荚数、单株粒数和百粒重等。用谷物水分仪测定各测产小区籽粒含水量，然后折合标准含水量（13.0%）产量。

水分利用效率（WUE）（kg/m³）=籽粒产量/总耗水量，灌水利用效率（kg/m³）=籽粒产量/总灌水量，总耗水量（m³/hm²）=总滴灌量+土壤贮水消耗量+降水量，土壤贮水消耗量（m³/hm²）=播种时0~100 cm土层含水量-收获后0~100 cm土层含水量。

使用Excel 2021整理数据和绘图；用SPSS19.0统计分析。

2022-2023年各处理变化趋势一致，根系总干重在R₃期后迅速增长，R₆期后缓慢降低（图1），处理间根系总干重差异显著，2022年R₆期W₄、W₅之间差异不显著，但显著大于其他处理，W₄、W₅处理分别较W₃增加22.61%和22.94%。2023年根系总干重与2022年表现一致，W₄、W₅处理分别较W₃处理增加25.47%和26.31%。随着滴灌量增加根系总干重不断增加。

各处理根干重密度随着生育进程的推进呈现先升后降的趋势。2年各处理同一生育时期的各土层根干重密度均表现为0~20 cm>20~40 cm>40~60 cm>60~80 cm（图2）。除R₃期外，2022年各土层根干重密度W₄、W₅处理之间差异不显著，较其他处理间差异显著。R₆期W₄和W₅处理0~20 cm土层总干重密度较W₃处理分别增加18.41%、19.34%，20~40 cm土层分别增加26.45%、27.19%；40~60 cm土层分别增加29.91%、26.09%。2023年根系干重密度与2022年表现一致。R₆期W₄、W₅处理0~20 cm土层根系干重密度较W₃处理分别增加21.05%、21.03%，20~40 cm土层分别增加33.37%、32.78%，40~60 cm土层分别增加13.46%、17.30%。增加滴灌量显著增加根系总干重密度，主要是0~20 cm和20~40 cm土层干重密度增加的结果。

2022-2023年各处理变化趋势一致，根系总侧根长在R₃期后迅速增长，R₆期缓慢降低（图3），不同处理间根系总侧根长差异显著。2022年R₆期表现为W₄、W₅处理之间差异不显著，较其他处理间差异显著。2023年总侧根长与2022年表现一致。2023年W₄、W₅处理最大侧根总长分别较W₃处理增加13.13%、15.09%。滴灌量增加总侧根长也不断增加。

各处理侧根长密度随着生育进程的后移呈现先升后降的变化趋势。各处理的同一生育时期的侧根长密度均表现为0~20 cm>20~40 cm>40~60 cm>60~80 cm（图4）。2022年R₆期各土层侧根长密度表现为W₄、W₅处理之间差异不显著，较其他处理间差异显著，W₄、W₅处理0~20 cm土层侧根长密度较W₃处理分别增加15.85%、16.49%，20~40 cm土层分别增加14.38%、15.27%；40~60 cm土层分别增加25.42%、22.70%。2023年侧根长密度与2022年表现一致，R₆期W₄、W₅处理0~20 cm土层侧根长密度较W₃处理分别增加13.37%、14.92%，20~40 cm土层分别增加12.42%、15.81%，40~60 cm土层分别增加20.17%、19.26%。增加滴灌量显著增加总侧根长度密度，主要是0~20 cm、20~40 cm土层侧根长密度增加的结果。

由图5可知，随着生育进程的推进，各处理根伤流量呈现单峰变化趋势，R₅期后开始降低。2022、2023年R₅期根系伤流量W₄、W₅处理之间差异不显著，较其他处理间差异显著。2022年W₄、W₅处理根伤流量较W₃处理分别增加10.94%、12.42%。2023年W₄和W₅处理根伤流量分别较W₃增加10.71%和13.61%。增加滴灌量可以显著增加根伤流量，W₄和W₅处理根伤流量较高。

不同处理间单株粒数、百粒重和产量差异均达显著水平，收获株数处理间差异不显著（表3）。2022年单株粒数、百粒重和产量均表现为W₅和W₄处理显著高于其他处理。W₅、W₄处理产量分别较W₃增加5.33%、9.28%。2023年单株粒数、百粒重和产量与2022年表现相近，W₅和W₄处理显著高于其他处理。W₅、W₄处理产量分别较W₃增加9.02%、12.89%。增加灌水量产量增加主要是单株粒数和百粒重增加的结果。W₅、W₄处理的产量较高，均在6000 kg/hm²左右。

随着滴灌量的增大，大豆田间总耗水量显著增加（表4）。2022年总耗水量W₅、W₄处理分别较W₃处理增加5.96%、15.42%；土壤贮水消耗量显著降低，W₅、W₄处理分别较W₃处理降低23.81%、24.19%。2023年总耗水量与2022年表现相近，W₅、W₄处理分别较W₃处理增加6.81%、17.01%；土壤贮水消耗量显著降低，W₅、W₄处理分别较W₃处理降低7.85%、8.82%。处理间水分利用效率差异显著。综合产量和水分利用效率，适宜滴灌量为2200~2600 m³/hm²，产量可达6000 kg/hm²左右，其水分利用效率约为1.30 kg/m³。

在大豆生育期间，保持田间适宜的土壤含水量，是实现大豆高产和提高水分利用效率的重要措施之一。土壤水分不足显著抑制大豆根系生长，降低根系干重和侧根长度，进而降低籽粒产量^[15]。干旱胁迫抑制大豆生长，进而影响地上部生长和花荚形成，最终导致产量降低。大豆可以通过调节根系形态及生理变化适应干旱胁迫环境条件^[16]。开花结荚期是大豆根系快速生长的时期，轻度和中度的土壤水分亏缺可以促进根系下扎，增强对深土层贮水的吸收能力^[10,17]。春大豆在始荚期开始灌头水和施氮肥，增加根系干重、侧根总长和根系表面积和产量^[18-20]。本研究结果表明，在大豆始荚期灌头水和施氮肥，增加滴灌量，能显著增加0~80 cm土层根系总干重和侧根长，增加根伤流量，最终增加产量和提高水分利用效率，与前人^[18-20]研究结果一致。

始荚期滴头水和施氮肥，有利于大豆生育前期充分利用土壤储水，促进根系生长和深扎的同时，还有利于防止地上部茎叶徒长，减少倒伏和落花落荚的风险。王聪等研究表明^[19]，伊犁地区使用中熟品种新大豆27号，在始荚期滴灌头水和施氮肥，最大灌溉总量为2775 m³/hm²，降水量为177.1 mm时，可获得6082.6 kg/hm²产量。李春燕等^[20]两年研究表明，生育期内降水量181.2和132.2 mm，总滴灌量分别为2175和2550 m³/hm²时，产量可分别达到6082.6和5388.3 kg/hm²。本研究表明，总灌溉量为2200~2600 m³/hm²，2年均获得6000 kg/hm²左右的产量。这与前人研究^[19-20]结果一致。石河子市膜下滴灌条件下^[21]采用吉育86品种，生育期内滴水13次，总滴灌量7744.5 m³/hm²（含降水量），获得最大产量6200 kg/hm²，本试验结果较石河子结果不同。这可能与石河子气候条件不同，大豆生育期间降水量减少及吉育86是晚熟品种，导致生育期延长等有关。本试验期间，2022和2023年大豆生育期间的总降水量分别为178.06和107.47 mm，2023年总降水量较2022年减少39.64%，W₅处理滴灌量较W₄增加18.18%，产量仅增加3.55%，在2年相同滴灌量条件下，产量却没有显著增加，说明过量的灌溉水降低增产效果。

在始荚期灌头水和施氮肥条件下，增加滴灌量，显著增加根系总干重、侧根长和根系伤流量，最终提高产量及水分利用效率。综合考虑产量和水分利用效率，在本试验条件下，大豆生育期间滴水4次，总滴灌量2200 m³/hm²或2600 m³/hm²，可稳定获得约6000 kg/hm²的产量，水分利用效率为1.3 kg/m³左右。