为探索棉花高产和水肥高效利用新途径,于2015-2016年在石河子大学农学试验站,以早熟高产品种新陆早45号为试验材料,采用土柱栽培法,设置土壤无深层水（W₀）和有深层水(W₈₀)2种水分处理,每个处理设基肥浅施(F₁₀)和深施（F30）2种肥料处理。研究了不同水肥管理方式下土壤剖面水分养分含量、根系形态生理特性以及棉株农艺性状、叶片光合特性、干物质生产及水肥利用效率的变化,并分析了根系特征与地上部生长的关系及对物质生产和水肥利用效率的影响。主要研究结果如下:1.土壤深层水和基肥施用对土壤水分养分含量的影响。W₈₀处理0-40 cm土层土壤含水量与W₀处理无显著差异,但在0-50 cm土层养分含量（碱解氮、速效磷和速效钾）显著低于W₀处理,50-120 cm土层土壤含水量和养分含量均高于W₀处理。W₀条件下,F₁₀处理0-30 cm土层土壤含水量和养分含量均显著低于F30处理;W₈₀条件下,F₁₀与F30处理土壤含水量在整个土层内无显著差异,但0-30 cm和60-80 cm土层养分含量均低于F30处理。2.土壤深层水和基肥施用对根系形态和生理特性的影响。W₈₀处理在0-40 cm土层根系形态（根长、根表面积和根质量）和根系生理活性（根系活力、硝酸还原酶和酸性磷酸酶）均显著高于W₀处理,但在60-120 cm土层根系形态显著低于W₀处理,而根系根系生理活性显著高于W₀处理。在W₀或W₈₀条件下,在84DAE之前,F₁₀处理0-30 cm土层根系形态和根系生理活性显著高于F30处理,60-80cm土层根系生理活性显著高于F30处理。3.土壤深层水和基肥施用对地上部生长的影响。与W₀处理相比,W₈₀处理蕾期和铃期分别延长2-7d和4-8d,增加了蕾花铃数。在W₀或W₈₀条件下,与F30处理相比,F₁₀处理延长了蕾期和花铃期,增加了蕾花铃数和果枝台数。W₈₀处理光合能力（叶面积、叶绿素含量和叶片气体交换）和光能转换和利用效率[PSII最大光化学效率（Fv/Fm）、PSII和PSI实际量子产量（YII）和（YI）,PSII和PSI电子传递速率（ETRII）和（ETRI）]均高于W₀处理。在W₀或W₈₀条件下,F₁₀处理的光合能力比F30处理高0.9-5.7%,光能转换和利用效率比F30处理高0.2-3.7%。4.土壤深层水和基肥施用对根系与地上部协调与生产能力的影响。W₈₀处理的有效根长与叶面积的比值和根冠比均显著低于W₀处理,有效根长和叶面积的生产能力均显著高于W₀处理。在W₀条件下,F₁₀处理的有效根长与叶面积的比值和根冠比均低于F30处理,而有效根长生产能力和叶面积生产能力均高于F30处理。W₈₀条件下,与F30处理相比,F₁₀处理有效根长与叶面积比值和根冠比分别低6.2-19.4%和16.3-88.3%,有效根长生产能力和叶面积生产能力分别比F30处理高1.2-9.8%。5.土壤深层水和基肥施用对干物质累积与分配的影响。W₈₀处理营养器官（茎和叶）和生殖器官（蕾铃）干物质以及分配率均高于W₀处理。在W₀条件下,F₁₀处理营养器官和生殖器官干物质以及分配率均高于F30处理,并且不同器官干物质最大和平均积累速率均高于F30处理。在W₈₀条件下,F₁₀处理营养器官和生殖器官干物质以及分配率比F30处理高8.0-14.9%,不同器官干物质最大和平均积累速度分别比F30处理高10.0%和14.0%。6.土壤深层水和基肥施用对水肥利用效率的影响。W₈₀处理水分消耗量比W₀处理高2.3%、水分消耗率比W₀处理低22.9%,不同器官（茎叶和蕾铃）水分和养分利用效率（氮、磷和钾）均高于W₀处理。在W₀条件下,F₁₀处理水分消耗量和消耗率均低于F30处理,不同器官水分和养分利用效率比F30处理高14.0-16.0%;W₈₀条件下,F₁₀处理水分消耗量和消耗率分别比F30处理低1.5%和16.4%,不同器官水分和养分利用效率比F30处理高10.7-15.2%。因此,在中低土壤肥力基础上,充足土壤深层水和基肥浅施有利于增强了表层（0-30 cm）土层的根系分布和根系生理活性及深层（60-80 cm）土层根系生理活性,提高了根系对灌溉水肥和土壤深层水的吸收利用,进而改善了根叶生产力及协调性,在促进盛花期后干物质向生殖器官分配的基础上,降低植株无效水肥消耗,最终增加了棉花水肥利用效率。