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水资源是限制华北平原农业可持续发展的主要因素,提高水资源利用效率是该地区农业发展急需解决的问题。水分利用效率(WUE)与作物根系生长和分布关系密切。本研究通过根钻、根箱和原位扫描的方法,研究不同水分条件和耕作方式下冬小麦、夏玉米根系生长和分布,探讨了根系和水分利用、物质积累及产量的内在关系,并阐明了化控措施对根系生长和水分利用的调控机制。主要结果如下：1.研究了雨养条件下(W0)不同耕作方式对冬小麦根系生长和水分利用的影响。翻耕(PT)促进了冬小麦花期前根系发生和生长,提高了产量和WUE。与免耕(NT)相比,PT促进了花前根系生长和群体建成,提高了穗数和产量,其中2011-2012年和2012-2013年冬小麦产量分别提高10.6%和5.2%。耕作方式影响了各生育时期耗水量,但总耗水量没有显著差异,且PT的WUE最高,比NT下两小麦季的WUE分别高14.9%和7.3%。2.拔节一水(W1)结合NT处理提高了冬小麦产量和WUE。W1+NT处理下,冬小麦群体建成和根系分布较为合理,在灌浆期光合同化能力及光合同化物对产量的贡献率较高。和其他处理组合相比,W1+NT总耗水量较低,提高了WUE。3.烯效唑和矮壮素复配剂(HK-1)处理增加了冬前分蘖,抑制了冬后分蘖发生,促进了冬小麦前期根系生长和群体建成,提高了穗数和产量。HK-1增加了冬前分蘖期根条数、根粗、根重和根冠比,促进了整个生育期深层(20-50cm)根系生长,提高了WUE。4.PT促进了夏玉米根系建成和物质运输,提高了产量和WUE。在2011年和2012年夏玉米季,PT比NT产量分别高10.8%和9.9%。PT显著提高了整个生育期0-400cm土层根系根重,增加了花期和成熟期10-50cm土层的根长和表面积密度。同时,在2011和2012年,PT下根系伤流量及NH4+、NO3-、P、K、Ca、Mg、Fe、Zn等运输速率要显著高于旋耕(RT)和NT。5.乙烯利(Eth)拔节期处理显著减少了玉米吐丝后根系大小和营养运输能力,抑制了地上部生长,但显著增加了十二叶展(V12)前根冠比。Eth处理显著减少低密度下夏玉米的产量和WUE,但在高密度下对产量和WUE影响较小。