针对黄河水资源日益紧缺,以及作物生产中水肥资源浪费严重的现状,以内蒙古河套灌区主要种植模式小麦套种玉米为研究对象,以高产与节水统一为目标,通过设计田间不同灌水处理试验,系统研究了套种小麦和玉米产量与水分关系及水分利用效率的差异,确定了小麦套种玉米节水与高产统一的灌溉制度。在此基础上,进一步阐明了套种模式下,小麦和玉米两种作物植株形态特征、群体结构、光合性能、物质积累及水分利用等生理生态基础。主要研究结果如下:小麦套种玉米模式下,随着灌水次数和灌水量增加,套种小麦、玉米及套种作物全生育期总耗水量显著增加,水分利用效率(WUE)却明显下降,套种小麦、玉米及套种总产量均以全生育期浇3水以上处理最高,且处理间产量差异不显著。套种小麦、玉米及套种作物总WUE均随灌水次数和灌水量的增加而明显下降。与常规充分灌溉(6水)处理相比,3水2和4水2处理套种总产量并未显著降低,而耗水量却明显减少,平均水分利用效率提高45%以上,实现了节水与高产的统一。综合分析认为,在水资源紧缺的河套平原灌区,在秋季浇足底墒水基础上,全生育期灌3-4水是小麦套种玉米高产的最佳节水灌溉模式,即小麦拔节期、开花期、玉米大喇叭口期灌水3次(平水年份),或小麦拔节期、开花期、玉米大喇叭口期、灌浆期灌水4次(干旱年份),每次灌水60-70 m3/667m2。研究表明,小麦套种玉米节水灌溉模式下(即本试验的3水2或4水2处理),由于拔节前控制灌水使套种小麦和玉米叶面积减小,共生阶段套种群体总叶面积指数相应较小,但此种株型和群体结构透光率高,消光系数较小,有利于改善群体内光照条件,充分发挥套种群体的时空效应和边际效应;前期经历干旱锻炼叶片相对含水量和WUE提高,生育后期叶片SPAD值、Fv/Fm、光合速率等下降缓慢,光合效率得以维持;共生后期阶段群体叶面积及光合势衰减慢,从而在相对干旱的条件下,使套种小麦和玉米群体维持较高的物质生产能力,保证了共生期间套种群体总干物质积累量线性增加。同时,前期适当干旱胁迫促进了小麦和玉米对土壤深层水分的吸收利用,地上部较小的冠层结构又减少了水分的蒸腾消耗,提高了整个套种群体的水分利用效率,这是小麦套种玉米实现节水与高产统一的重要生理生态基础。