随着全球性水资源供需矛盾的日益加剧,世界各国都把发展节水和生态农业作为可持续发展的主要措施。现行灌溉技术需要较高的投入且灌溉效率较低,近40%的灌溉水经蒸散等损失(FAO,2002)。因此采取一定措施利用作物自身生长生理特性节水,是目前和将来重要研究方向。水力提升作用使植物根系能较好地利用土壤深层水分,在干旱条件下能够有较强的生存和生产能力,且可节约灌溉用水。研究表明植物群落中的深根植物通过根系提升作用,可供给相邻植物,特别是浅根植物水分,从而增加在生态系统进化中的竞争力。深根植物通过根系提水作用,增加浅层根系活性,从而提高根系效率,以较少的碳消耗而增加对土壤资源的获得,增加作物生长和生态网最初生产力。但如何将这一研究结果应用于农业生态系统,进行农业生态系统中根系提水作用的灌溉功能研究,并未得到应有关注。因此深入作物提水作用研究,有效结合利用有效养分与黄土区“土壤水库”深层储水,是黄土高原旱作农业生产中的核心问题之一,对于发展节水农业具有直接和间接的科学意义。且对调节黄土区农业生态系统水分/养分空间错位矛盾,充分调动深层水分和浅层养分效率以维持上层根系生存和活性策略有一定理论意义。本论文基于“在浅土层干旱胁迫条件下施肥通过影响根系而影响根系提水作用,且根系提水作用因生育期不同而异”这一科学假设和“深根作物根系提水作用是否可为浅根作物受水分胁迫时的生物灌溉器”这一科学问题,分别以冬小麦品种小偃22、玉米品种郑单958号和大豆品种晋豆19号为供试材料,采用自制分室土培装置,通过时域反射计(TDR)对上下土层土壤含水量进行控制和观测,研究不同干旱胁迫水平及施肥对冬小麦生长及全生育期根系提水利用的影响,以及不同种植方式对玉米/大豆生长及提水作用的影响。研究获得以下主要结论:1)不同处理冬小麦株高、分蘖、籽粒重、籽粒数、上层生物量、收获指数等生理指标均表现出相同的规律性。总体上表现为,NP处理和P处理较CK处理和N处理表现出优势。对籽粒数,NP处理最高,是N处理的2.39倍,CK处理的2.42倍。对籽粒重,NP处理分别为CK及N处理的3.25倍和3.18倍,不同处理间差异显著。2)实验进一步确证了上、下土层存在一定水势差是根系发生提水作用的基本前提条件。冬小麦小偃22在土层上干下湿水分控制条件下(即上下层土壤存在一定水势差时)均存在明显的根系提水作用,而在土层上下均干、上下均湿水分控制条件几乎没有观测到根系提水作用。3)根系提水量随冬小麦生长推进逐渐增加,施N和CK处理根系提水作用均在扬花期均达到顶峰,随后开始不同程度的下降,而施NP和施P处理根系提水作用在扬花期和灌浆期一直较强,且峰值最高。不同上干下湿水分处理条件下,冬小麦根系提水作用不同,M水分处理(上层土壤水分含量为田间持水量的50-55%,下层土壤水分含量为田间持水量的70-75%)条件下根系提水总量显著高于D水分处理(上层土壤含水量为田间持水量的30-35%,下层土壤水分含量为田间持水量的70-75%)条件。NP处理下M水分处理提水量是D处理的1.66倍,而P、CK和N处理下分别是2.19、1.99和1.24倍。在M和D两种水分条件下,NP配施处理冬小麦全生育期每盆提水总量最高,分别为1820.3g和1099.0g,分别是单施P处理的1.09和1.44倍、CK的2.53和3.03倍,以及单施N处理的3.90倍和2.92倍。4)除CK水分条件下,试验冬小麦耗水量均表现为H水分处理>M水分处理>D水分处理。从不同肥料处理看,总体上表现为施NP处理耗水量最高,其次为施P处理,施N处理和CK相当。但与总耗水量相反,上干下湿水分处理(M和D)比整体湿润处理(H)冬小麦的WUE高,但差异不明显。从不同肥料处理看,NP处理模式与P处理模式的WUE显著高于N处理模式和CK处理。NP处理平均的WUE为1.38g/L,是CK的1.37倍,是N处理的1.68倍。5)间作栽培模式促进了大豆、玉米籽粒产量,并导致氮、磷累积量增加。间作大豆果实12.8%,玉米果实增加35.6%;大豆果实氮累积量增加12.1%,玉米增加20.2%;大豆果实磷累积量42.9%,玉米磷累积量增加70.2%。6)试验测定条件下,单作夏玉米和大豆均有明显的提水作用,但至少在试验测定时间范围内,两种作物提水作用随生育期变化趋势并不一致;夏玉米根系提水作用,随生育期推进,增加明显,达到顶峰后下降;但大豆根系提水作用整个生育期内变化平缓。总体看,试验生长期内间作条件下的作物根系提水作用强于单作作物根系提水作用,具明显的协调效应。