大豆[Glycine max(L).Merrill.]是生产植物蛋白的主要作物之一,具有重要的固氮作用,有益于农业生态系统可持续发展;然而在黄土高原地区,大豆籽粒产量经常受到水分和低磷胁迫的双重影响。深入研究低水磷条件下大豆籽粒产量差异品种的生理生态学适应机制,是培育高产大豆品种的有效途径。本研究通过盆栽试验,研究不同年代大豆品种籽粒产量差异及其水磷亏缺适应机制,为进一步挖掘大豆产量潜力提供科学依据。试验一以黄土高原不同年代种植的八个大豆品种为供试材料,即四个地方品种(黄色大豆、陇西小黄皮、白露豆和小黑豆,简称为HD、LX、BLD和XHD)和四个育成品种(晋豆21、晋豆19、冀豆12和中黄30,简称为J21、J19、J12和ZH),在1.33 m深的PVC圆柱管(单根总重40.35千克,数量:128根)条件下研究大豆根系特征、水分利用及其籽粒产量形成之间的关系。播种后40天人为设定三个水分处理方式:1)充水供水(WW),即土壤含水量维持在85-100%的田间持水量(Field capacity,FC);2)循环干旱处理(RWS),即浇水至100%FC后停止供水当土壤含水量下降至30%FC时立即浇水至100%FC;以及3)末期干旱处理(TWS),即浇水至100%FC后停止供水直到成熟收获。根系水力导度代表了根系吸收水分的速率,为了进一步了解根系与水分吸收速率之间的关系,我们在WW和RWS条件下测定了大豆在花期和满粒期的根系水力导度。试验二旨在阐明不同年代大豆品种在响应低水磷胁迫环境时生理生态学适应机制的差异,以根系形态结构为切入点,研究水磷亏缺条件下根系形态结构差异与产量形成之间的关系。从试验1研究中选取四个籽粒产量和根系大小差异的大豆品种为供试材料,即黄色大豆(HD)、白露豆(BLD)、晋豆21(J21)和中黄30(ZH);前两个为地方品种,后两个为育成品种。在105 cm深的PVC圆柱管(单根总重28.5千克,数量:144根)条件下,布局三因素随机区组试验设计,包括四个品种、三个磷肥梯度(0、60和120 mg P kg-1干土重)和两个土壤水分梯度[分别为充分供水(WW,85-100%FC)和循环干旱处理(RWS,30-100%FC)]。主要研究结果如下:试验1:1.在三个水分条件下,育成品种的籽粒产量和籽粒产量水分利用效率高于地方品种,在WW和RWS条件下,育成品种的水分消耗小于地方品种。2.增加花后水分消耗能够显著增加花和豆荚的数量。在TWS条件下,减少花前水分消耗能够增加花后的水分消耗。充分供水条件下水分消耗少的育成品种在干旱条件下能够收获较高的籽粒产量。因此,减少水分的消耗能够增加育成品种在干旱条件下的籽粒产量。3.减少水分的散失和(或)水分的吸收速率能够减少水分的消耗。干旱处理条件下,育成品种能够在较高的土壤含水量时部分关闭气孔并降低叶片的蒸腾从而减少水分的散失。降低根系的水力导度能够降低育成品种对水分的消耗,根系水力导度的降低与根长密度的减少有关。试验二:4.播种后65天(花期,DAS),水分胁迫和磷亏缺显著降低了大豆地上部分和根系干重但显著增加了根冠比,显著降低了地上部分和根系中的含磷量、整株的磷积累量和氮的积累量,以及单位根长磷和氮的吸收量。5.水分胁迫和磷亏缺显著降低了大豆花和标记豆荚的数量,籽粒产量、籽粒数量和日耗水量,但增加了籽粒产量水分利用效率。磷的添加能够增加大豆在干旱条件下的籽粒产量,籽粒产量的增加与籽粒数量的增加和(或)籽粒大小(百粒重)的增加有关。6.水分胁迫和磷亏缺显著降低了总根长,根长密度,增加了根系在0-40 cm土层的分布比率但对不定根和侧根的影响较小。中黄30不定根和侧根密度则显著高于其他三个品种。三个磷肥处理在RWS条件下和P0处理在WW条件下,中黄30在0-40 cm土层中的根系分布比率最大。增加根系在上层土壤(0-40 cm)中的分布比率,增加不定根和侧根密度有利于促进单位根长磷和氮的吸收。7.通过相关分析,我们发现根长密度与日耗水量显著正相关,不定根密度、侧根密度与日耗水量显著负相关。在RWS条件下,籽粒产量与根长密度显著负相关,与不定根密度、侧根密度呈显著正相关。综上研究指出,育成品种在减少水分消耗的同时增加了干旱条件下的籽粒产量和水分利用效率。水分消耗的减少与育成品种能够较早的降低气孔导度,降低植物蒸腾和较小的根系水力导度有关。增加根系在表层的分布比率,增加不定根和侧根的密度能够增加单位根长磷和氮吸收,增加了干旱和低磷条件下的大豆产量。