随着气候变化及人口的不断增加,农业用水供需矛盾日益增加。紫色土土层浅薄,降雨季节分布不均,季节性干旱、洪涝频发,水分为紫色土坡耕地作物生长的重要限制因子。作为长江中上游地区重要的粮食产区,紫色土区作物对不同水分条件的水分利用特征还未得到系统研究。本论文利用涡度相关系统研究了2014-2018年期间农田生态系统蒸散发和水分利用效率变化规律,在对比分析夏玉米和冬小麦农田耗水特征的基础上,选择易受季节性干旱影响的玉米季进行深入研究。依托长期定位试验（>10年）,结合氢氧同位素方法并同步观测生理形态因子,研究了不同土壤环境条件下（不同土层厚度:20cm、40cm、60cm、80cm、100cm;不同有机物料还田状况:秸秆不还田、秸秆还田30%、50%、100%、秸秆焚烧还田）夏玉米不同物候期不同水分状况下的水分利用来源动态和适应特征,来揭示主要作物夏玉米的水分利用特征,本论文主要结论如下:（1）紫色土坡耕地农田生态系统蒸散发日变化规律呈白天高、夜晚低的单峰型趋势,最大值均在14:00前后出现;一年中8月日蒸散发量最高(日峰值0.454 mm?h-1),1月最低(日峰值0.089 mm?h-1);夏玉米生长旺盛期蒸散发最大,且日间变化幅度最大,日峰值在0.4 mm?h-1左右。叶面积指数、净辐射、空气及土壤温度、相对湿度、饱和水汽压差、土壤含水量是影响夏玉米农田蒸散发的环境因子。蒸散发与净辐射、空气温度、土壤温度、饱和水汽压差呈显著正相关关系,与空气相对湿度呈显著负相关关系;（2）水分利用效率在9:00—17:00期间呈逐渐下降的变化规律,全年峰值为19.7 mg?g-1;夏玉米生长盛期水分利用效率高于其他生长期,日平均水分利用效率夏玉米季为6.77 mg?g-1。叶面积指数、CO2通量为影响水分利用效率的主要因子,其次为温度,相对湿度、饱和水汽压差等水分条件。年际差异分析结果证实紫色土坡耕地夏季玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感;（3）区域大气降水稳定氢氧同位素特征呈现一定的贫化特征。2020年全年降水主要集中在雨季,大气降水中δD的值介于-36.31‰～-105.62‰之间;δ18O介于-6.33～-15.30‰之间。研究区拟合大气降水线为δD=7.13δ18O+8.46（R~2=0.97,P<0.01）。土壤束缚水样品δ18O和δD值拟合方程为δD=6.62δ18O-18.63（R~2=0.85,P<0.01）,证明土壤束缚水经历了较明显的蒸发过程;深层土壤稳定氢氧同位素在长时间尺度上保持相对稳定,浅层土壤水分受环境因子的影响较大发生了同位素富集效应;（4）不同土层厚度夏玉米水分利用特征存在差异。60cm以上土层厚度土壤含水量受干旱时间影响的波动较小且土壤储水量较高,土壤水蓄持能力较强,0-40cm土层厚度土壤水分蓄持能力较弱。土层厚度<40cm时,δ18O在干旱天数的影响波动较大。基于氢氧同位素示踪技术的Iso Source模型分析发现,土壤浅薄（0-40cm厚度）处理下夏玉米更依赖于底层土壤水分,土壤厚度>60cm时,夏玉米对各层水源的利用较为平均;各生长阶段浅薄土壤（20cm、40cm厚度）处理夏玉米叶片净光合速率、蒸腾速率、叶面积、株高都小于较深土壤厚度夏玉米,比叶面积、叶片瞬时水分利用效率规律则相反,说明浅薄土壤夏玉米可用水源较少,自身的调节作用使其叶片水分利用效率提高,增强水分的利用能力。（5）不同秸秆还田量夏玉米水分利用特征存在差异。还田量为50%时,土壤含水量受干旱时间影响的波动较小且土壤储水量较高,土壤的蓄水和持水能力较强。无秸秆还田处理同位素随降水影响的波动较大。降雨后7天秸秆还田50%、30%及无秸秆还田处理夏玉米对各土层水源的利用率较为平均,对雨水及表层土壤水分利用率较低;秸秆还田100%和秸秆焚烧处理夏玉米对底层（40-60cm）土壤水分的利用率较高。降雨后1-2天雨水为各处理夏玉米主要水源之一;当秸秆还田量为50%时,无论叶片净光合速率还是蒸腾速率均维持在一个较高的水平,对照及秸秆焚烧还田处理株高较其他处理低,说明合理50%秸秆还田量处理可有效分解上茬秸秆,在提高土壤有机质的同时保持较好的土壤结构和持水能力,有利于作物应对干旱胁迫环境。综上所述,紫色土坡耕地蒸散发及作物水分利用效率具有明显的变化规律,夏玉米生长盛期的水分利用效率对降雨响应更为敏感。选取夏玉米为研究对象,土壤厚度及长期不同秸秆还田量对夏玉米水分利用特征具有显著影响。浅薄土壤水分蓄持能力较弱,夏玉米通过利用底层土壤水分,并降低蒸腾速率、提高叶片瞬时水分利用效率及比叶面积来减少水分的散失,但仍具有较低的叶面积及株高,不能有效保证作物正常生长。相较其他处理,50%秸秆还田既可增加土壤有机质含量,还可改善土壤持水能力。据此可知,土壤厚度大于60cm、秸秆还田量为50%时夏玉米作物具有较高的抗旱潜力。因此实际生产中,利用工程措施增厚土层并配合长期秸秆50%还田措施可以促进紫色土区坡耕地水资源的合理利用。