本研究于2009-2010年进行,以双高大豆品种垦农4号为试验材料,采用框栽和大田相结合的方法进行。框栽试验,研究了不同生育时期大豆根系的空间分布状况,比较了水平方向和垂直方向不同层次根干重、根体积和根系活力的变化;大田试验,研究了垄沟施肥的最佳施肥量和垄沟施肥对大豆生长发育、生理特性及产量品质的影响。通过本研究,为大豆高产、优质、高效生产施肥技术提供理论依据。主要研究结果如下:(1) V5、R1和R5期,横向不同层次的根干重及根体积由垄台中心向垄沟呈逐渐降低的趋势,纵向由下至上呈逐渐增加的趋势,横向根干重主要分布在垄台中心到垄沟的0～13cm层,纵向各层次的根干重主要分布在地表0～13cm层;V5、R1和R5期,26～39cm层即垄沟内根干重及根体积占总根干重和总根体积的6.71%,6.28%,7.32%和8.97%,11.45%,11.90%。(2) V5、R1和R5期,横向不同层次的根系活力由垄台中心向垄沟呈逐渐升高的趋势,纵向不同层次的根系活力由上至下均表现为降低-升高-降低的变化趋势,26～39cm层即垄沟内根系活力高于其它层次。(3) R1期垄沟施肥后,显著的提高了R5期的根干重、根体积及根系活力。(4) R1期垄沟施肥提高了大豆单株荚数、单株粒数、单株粒重、百粒重和产量,各处理和对照之间产量差异达到了1%显著水平,其中施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2,效果最佳。(5) R1期垄沟施肥提高了大豆籽粒的蛋白质和脂肪含量,其中施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2对提高蛋白质含量作用效果最佳,施氮肥20 kg/hm~2磷肥30 kg/hm~2,钾肥20 kg/hm~2对提高脂肪含量作用效果最佳。(6) R1期垄沟施肥提高了大豆株高、茎粗、根体积和单株柄干重,其中施氮肥80kg/hm~2,磷肥120 kg/hm~2,钾肥80kg/hm~2,效果最佳。(7) R1期垄沟施肥提高了大豆主茎节数、主茎有效节数、单株荚数、单株根干重、叶干重、茎干重、荚干重、植株干重及作物生长率,其中施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2,效果最佳。(8) R1期垄沟施肥提高了大豆根、茎、叶、柄、荚和植株的氮、磷、钾含量及积累量,其中施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2,效果最佳。(9) R1期垄沟施肥提高了大豆叶面积指数、光合势、比叶重、叶绿素含量,光合速率、蒸腾速率、气孔倒导度和水分效率,其中施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2,效果最佳。(10) R1期垄沟施肥提高了大豆叶片的淀粉含量、可溶性糖含量、蔗糖含量和转化酶活性,从整体来看施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2,效果最佳。(11) R1期垄沟施肥均不同程度提高了大豆叶片游离氨基酸含量、铵态氮含量、销态氮含量、可溶性蛋白含量、硝酸还原酶(NR)活性、蛋白水解酶活性、谷氨酰胺合成酶(GS)活性、谷氨酸合成酶(GOGAT)和谷氨酸脱氢酶(GDH)活性,3种施肥量对氮代谢均有不同程度的促进作用,其中施氮肥50 kg/hm~2,磷肥75 kg/hm~2,钾肥50 kg/hm~2,效果最佳。(12)施氮磷钾肥量平方项及氮钾互作项对蛋白质含量影响达显著和极显著水平;磷肥施用量与施氮磷钾肥量平方项及磷钾互作项对脂肪含量影响达显著和极显著水平;蛋白质和脂肪含量的最优值分别为42.86%和23.80%。(13)氮、磷、钾肥与产量关系分别呈开口向下抛物线状,氮、磷、钾肥对产量的影响程度为磷>钾>氮。在大豆施肥量筛选中,施氮量为42.44～57.56kg/hm~2,施磷量为55.38～94.62kg/hm~2,施钾量为36.92～63.08 kg/hm~2,在此区间取值可获得比较理想的产量,超过该范围产量开始下降,产量的最优值为5247.85k g /hm~2。