本研究利用黄土旱塬区1972年到2008年间品种区域试验和气象资料,从长时间尺度分析旱作农田冬小麦产量和水分的协同效应,同时选择上世纪40年代至今在该地区大面积种植的冬小麦品种作为研究材料,于2007年开始进行田间试验,结合室内分析,系统研究黄土旱塬区不同年代小麦品种旗叶光合特性、不同地上部营养器官干物质和养分运移对粒重贡献率、植株对干旱的响应等相关性状的演化特征,得到以下结论:1自1972年至2008年间,黄土旱塬区育种技术的不断发展促使冬小麦成穗数、穗粒数和千粒重得到有效改良,产量显著提高。该地区年度和季节性降水波动幅度大,导致小麦产量随之大幅度波动,其中平水年内平均籽粒产量为4311.9 kg ha-1,丰水年为4361.0 kg ha-1,干旱年为3641.6 kg ha-1。现阶段旱作产量的波动还无法消除,现代农业技术只能使得产量在较高的水平上波动。随着品种的更替,小麦产量尽管得到显著提高,但相比国内外其它地区,这一增幅仍不够大。因此,应当继续增加单位面积籽粒数和千粒重,提高小麦“库容”,改善干物质分配比例,进一步提高黄土旱塬区冬小麦产量。2 1940s至2010s该地区小麦籽粒产量增加了7倍,不同年代推广的小麦品种种植于同一环境下时,限制粮食增产的原因主要是穗粒数和千粒重,而不是受限于光合产物的生产,产量的提高与旗叶净光合速率无显著相关。净光合速率的遗传改良与产量的增加之间没有显著的相关性,说明其并不限制籽粒产量,可能有足够的光合能力,或者其他因素限制增产。籽粒产量与穗粒数(r=0.855,P<0.05)、收获指数(r=0.885,P<0.01)和千粒重(r=0.879,P<0.01)呈显著正相关。因此,在半干旱雨养农业地区,小麦“库强”是产量增加的决定因素,而不是选择增加叶片净光合速率。3尽管干旱胁迫使得现代小麦品种产量降低最多,但仍高于之前品种,现代品种花后可积累更多干物质。与干旱胁迫相比,适宜环境营养器官花前干物质积累量对籽粒的贡献率显著提高。干旱胁迫可显著降低籽粒灌浆持续时间,平均由47.4 d降低至41.7 d,灌浆速率平均由0.03 g d-1降低至0.02 g d-1,不同小麦品种成穗数也显著下降,平均降低39%左右。4随品种的更替,花后植株N、P和K含量呈显著增加趋势,现代品种较早期品种增加26%、24%、21%,较中期品种增加12%、14%、7%。与植株养分含量变化趋势相似,花后N吸收量与K吸收量基本相同,而相同生育期P吸收量则较二者显著减少。不同冬小麦品种扬花期前养分吸收量占整个生育期内养分吸收量比例最高,且早期小麦品种最高,中期品种次之,现代品种最低。随品种的更替,不同年代品种间N、P和K含量、吸收量均显著增加。花后不同生长期和不同小麦品种普遍对植株茎秆、叶片、籽粒养分含量和吸收量存在显著影响。5品种的改良可显著提高作物产量水分利用效率。随品种的更替,现代品种较早期品种平均增加62%,较中期品种加25%。随降水的增加,该地区小麦产量水分利用效率也随之提高,现代品种增高最多,为175%,中期品种次之,早期品种最低。