中文摘要：

随着水资源短缺的加剧和人口增加带来的对粮食需求的压力，进一步提高农田水分利用效率显得越来越重要。叶片水平的光合效率可反映植物气体代谢功能及植物生长与水分利用之间的数量关系，提高叶片水平的光合效率对农田水分利用效率的提高有重要意义。很多研究显示叶片蒸腾和光合不仅受土壤水分条件的影响,土壤养分条件也影响根系吸水的传导度而影响气孔行为。对于华北平原的冬小麦，播前土壤储水的有效利用对冬小麦高产是非常关键的，但农田中经常存在根系分布、养分分布和水分分布不协调的状况。本申请结合国内外研究进展和农业生产中存在的实际问题，系统研究华北平原冬小麦在不同水分养分供应条件下，根系吸水的水流通量和水流中养分浓度如何影响作物气孔导度、蒸腾和光合速率的，以及作物根系从土壤剖面不同位置吸收同样的水分对作物的影响效果是否相同,探讨利用水分养分协同调控叶片蒸腾效率的机理、途径和效果，促进农田节水技术的进步和发展。

结论摘要：

华北平原是我国重要粮食产区，水资源严重亏缺和过高的氮肥投入带来了一系列环境问题，针对华北主要粮食作物冬小麦开展水氮耦合提高农田水分利用效率的机理和调控研究有重要意义。本研究通过详细测定不同根层水氮条件下作物生长过程、耗水过程、产量形成过程、地上地下发育及其生理生态特征，研究不同根层水氮条件对华北主要作物不同水平水分利用效率的影响及其相互关系，为农田水氮优化管理提供参考。主要试验研究结果显示水氮通过影响气孔导度（gs）调控作物叶片的光合和蒸腾。田间测定结果显示，当100 cm土层土壤含水量在65-68%左右的田间持水量时，可实现消减叶片奢侈蒸腾耗水，而对叶片光合速率（Pn）不产生影响，从而提高叶片水平的光合效率。在适度水分亏缺条件下，增施氮肥可促进叶片光合效率的提高。而根系吸水位置的土壤氮含量，影响进入到根系水流通量中的N浓度，水流通量中氮浓度越高，冬小麦叶片光合速率也越大。结果显示在水分适度亏缺条件下作物根系吸水的氮量增加可缓解水分亏缺导致的叶片光合速率的降低。随着氮肥用量的增加，冬小麦根冠比减小。说明在低氮条件下，作物为了获得更多的养分分配到根系的同化产物会增加，而在氮素充足时，不需要太大的根系就可以吸收足够的养分。根冠比与WUEbiomass以及整株生物量水平水分利用效率（WUEwhole）之间均为显著的负相关关系。因此，通过适度水氮供应，维持适中的根冠比对提高作物WUE有重要作用。对冬小麦不同阶段WUEbiomass, 叶片水平水分利用效率（瞬时水分利用效率WUEins和内在水分利用效率WUEint），产量水平水分利用效率（WUEgrain）和碳同位素辨识（△13C）等之间的相关关系分析表明，拔节期和灌浆期冬小麦旗叶△13C和阶段WUEbiomass相关性显著，灌浆期籽粒△13C和WUEins, WUEint, WUEbiomass以及WUEgrain均呈显著负相关关系。随着灌溉次数的增加，gs增加，△13C增加，叶片水平水分利用效率和长期水分利用效率（WUEbiomass, WUEgrain）都降低；随着N素供应增加，叶片气体交换参数减小，△13C降低，叶片水平水分利用效率和长期水分利用效率都提高。叶片水平的水分利用效率与WUEgrain在灌浆期正相关关系显著，灌浆期叶片水平的水分利用效率可以表征生物量水平和产量水平的水分利用效率。上述结果