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本试验采用生态替代法，以黄土旱塬区连续替代的两个冬小麦品种长武135（现代品种）和平凉40（较老品种）为实验材料，在陕西长武田间和陕西杨凌室内盆栽实验条件下研究了冬小麦对水分胁迫的响应。把根系分布特征和产量、水分利用效率以及竞争能力联系起来，分析了水分胁迫下不同品种间在调节根冠资源分配提高作物产量方面的差异；利用叶片在干旱条件下气孔导度的变化，分析了不同品种冬小麦在拔节期和开花期发生干旱时产生的根信号的差异，同时也分析了根信号和干旱忍耐能力、产量和水分利用效率之间的关系，来探讨不同品种冬小麦抗旱性生活史对策；利用叶绿素荧光技术系统测定干旱胁迫过程中荧光参数的变化，探讨了干旱过程中生理活性物质变化规律。主要研究结果如下：
1. 采用生态替代法，连续两年在田间条件下研究了单播和两个品种冬小麦不同比例种子数量的混播方式下的产量和水分利用效率。结果表明，各品种单播时单位面积上根生物量平凉40品种为367.6g/m2，显著大于长武135的297.3g/m2，前者根冠比0.23也显著大于长武135的0.21，且在各土层中根系分布较均匀，表现出产量533.9 g/m2显著低于长武135的623.5 g/m2，以及水分利用效率15.5 kg/.mm.hm2也显著低于长武135的18.2 kg/.mm.hm2。混播增加了根系在较深土层中的根量分布，根量比两个品种单播分别大13.4g/m2和8.5g/m2，增强了根系对深层土壤水分的吸收利用，显著提高了混播单位面积总产量为646.9 g/m2，并且显著增加了群体水分利用效率为18.81kg.mm-1.hm-2，根冠比也处于两个品种之间为0.22，但差异不显著。表明冬小麦品种籽粒产量的提高是与根系的减少、较深土层中根量的减少和对水资源竞争能力的下降相伴随。
2. 在大田条件下研究了有限灌溉处理下（整个生育期内灌溉量为120mm），不同品种冬小麦混播处理的种间竞争对水分利用效率及灌溉水利用效率的影响。灌溉增加了根量，尤其是表层土壤中的根量分布，与单播相比竞争使混播群体的根系趋向于浅层分布。在两种水分处理下，混播群体的耗水量与大根量的平凉40相比没有显著增加，但与长武135相比则显著增大；混播群体的水分利用效率与平凉40相比是显著增高的，但与长武135差异不大。长武135单位根量耗水量大，灌溉水利用效率低，IWUE显著小于平凉40。说明了根系大的冬小麦品种具有强竞争能力和对水分的利用能力。
3. 盆栽水分控制试验研究了土壤水分条件对冬小麦竞争能力和产量形成的关系。土壤含水量控制在45％的低水分单播条件下，长武135分配了更多的干物质到繁殖器官，使得根量和地上营养器官的生物量减小，从而提高籽粒产量和收获指数，单位根量消耗的水分显著高于长武135。混播条件下平凉40在产量和相对产量均显著大于长武135，具有明显的竞争优势。土壤含水量控制在75％的高水分条件下，平凉40产量随播种比例的减小下降较快，单位根量消耗的水分低于长武135，但未达到显著水平。平凉40以较大的根系生物量赢得了较高的竞争能力，消耗了较多的水分，表明低水下其较强的竞争能力在高水条件下略有下降。
4. 运用盆栽试验在干旱处理下，对两个品种冬小麦产生根信号的土壤水分含量进行了定量的研究，并分析了根信号与品种耐旱能力、产量和水分利用效率间的关系。在拔节期和花期，长武135在田间持水量为56％-59％出现非水力根信号，34％-36％出现水力根信号；平凉40分别为56％-63％和33％-35％出现。平凉40的非水力根信号和水力根信号出现的田间持水量差值TR（Threshold Range, TR）较宽。竞争也导致了TR的增加，其中平凉40增加的更大。TR从拔节期到花期变窄；TR和干旱存活天数呈正相关，和干旱致死叶水势成负相关。轻度胁迫对产量没有显著影响，但两个品种的水分利用效率在轻度水分胁迫下显著提高，其WUE的大小顺序与充分供水条件下的结果相比保持不变，为单播长武135>混播群体>单播平凉40。结果表明单播时冬小麦TR的大小和产量呈负相关，混播时呈正相关。
5. 盆栽试验下，研究了竞争对两个品种的冬小麦响应干旱的生理指标上的影响。发生干旱时，长武135叶水势先于平凉40发生显著下降，出现非水力根信号时具有较高的土壤含水量的平凉40叶绿素含量早于长武135显著降低。叶绿素含量的降低影响了光合作用，从而进一步降低植株的生长，使株高和叶面积日增长率随水分胁迫而显著减小。长武135出现水力根信号较早，TR值较小，首先对植物的生长作出调节，降低了植物在干旱条件下的株高和叶面积的增加。长武135在拔节期和花期干旱时脯氨酸显著增加时的土壤含水量总是大于平凉40，并且花期两个品种的脯氨酸显著增加时的土壤含水量小于拔节期的值，但积累量大于拔节期。
6. 在土壤含水量降低的过程中，连续测定了两个品种的冬小麦在单播和混播方式下的叶绿素荧光参数。结果表明，品种间叶绿素荧光参数的差异不大，但是竞争显著影响了冬小麦的PSⅡ的光化学效率。水分胁迫下无论是单播还是混播两个品种的冬小麦在不同生育期的荧光参数Fm、Fv、Fv/ Fm、Fv/Fo、qP和ETR均降低，而Fo和qN上升，说明水分胁迫可抑制PSⅡ的光化学活性，使冬小麦幼苗叶片PSⅡ的原初光能转化效率、PSⅡ潜在活性、PSⅡ潜在光合作用活力受到抑制。平凉40的Fo增加幅度小，表明对其反应中心破坏程度也越小，与竞争能力较强，根系较大的特征是一致的。混播显著提高了Fo的增幅，且长武135的增幅大于平凉40。不同生育期两个品种单播的Fv/Fm与Fv/Fo均高于混播的值，说明了竞争改变了品种的比值。同时，竞争还使得冬小麦增强了PSⅡ反应中心的开放程度，进一步的降低了过剩光能对光合机构的损伤，同时改变了qN和ETR的变化幅度，在种间竞争存在情况下两个品种的冬小麦增强了对自身的保护机制。
两个不同年代的冬小麦竞争能力不同，在不同的水分条件下较老的品种平凉40竞争能力强，表现在混播时对水分吸收利用的能力、水分利用效率和产量等方面。竞争能力的差异和水分胁迫的响应能力有一定关系，具有较强竞争能力的冬小麦品种在发生干旱时的生理响应较晚，自我保护机制启动较迟，干旱忍耐能力强。