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间套作具有提高作物产量和资源利用效率的优点。但已有研究多是在充分灌水条件下开展的,对雨养条件下间套作的产量表现研究较少。此外,竞争恢复是间套作能够具有增产优势的重要原因,种间竞争动态变化和恢复生长机理的研究尚存不足。本研究以小麦/玉米套作为研究对象,开展大田试验,探讨了小麦/玉米套作系统的产量效应以及种间竞争对套作小麦生长和生理特征的影响,阐明了小麦收获后套作玉米的恢复生长的光合机理,以期为雨养地区发展小麦/玉米套作系统提供理论依据。得到如下主要研究结论:(1)雨养和灌溉处理下,小麦/玉米套作具有明显增产优势和土地利用优势。与单作小麦相比,雨养和灌溉处理下,套作小麦增产9.3%和14.8%:套作小麦边1行增产源于有效穗数、穗粒数和千粒重显著增加;套作小麦边2行增产,雨养条件下源于穗数增加,而灌水条件下源于有效穗数和穗粒数增加。与单作玉米相比,雨养处理中套作玉米产量减少,边行劣势表现为穗粒数、百粒重和单株籽粒产量均显著低于单作玉米;灌溉处理下,套作玉米增产,内行优势源于穗粒数和百粒重的增加。(2)种间竞争促进了小麦干物质积累量的增加和光合能力的提升。套作小麦的竞争力强于玉米,具备更强的资源竞争能力,套作小麦的干物质积累显著高于单作小麦。种间竞争强度随着生育期表现出先增大后减小趋势,小麦开花期竞争强度最大。水分亏缺加剧小麦相对于玉米的竞争力。套作降低了套作小麦边行和内行初始荧光(Fo),提高了最大荧光(Fm)、可变荧光(Fv)、光系统II(PSII)最大光化学效率(Fv/Fm)和PSII潜在活性(Fv/Fo),因而套作边行和内行小麦的光合速率显著高于单作小麦,雨养处理下生育期内平均值分别增加29.8%和18.1%;灌溉处理下平均值分别增加18.4%和8.4%。(3)灌溉有利于小麦收获后套作玉米的生长和生理的完全恢复。灌溉条件下,套作边行和内行玉米均表现出地上干物质的完全恢复生长;雨养抑制了其恢复生长,边行和内行玉米干物质量比单作分别降低29.8%和10.0%。灌溉条件下,套作玉米边行根系出现恢复生长,恢复生长开始时间早于地上干物质开始恢复生长时间;雨养条件下根系无恢复生长现象。与单作玉米相比,套作玉米边行和内行叶绿素相对含量(SPAD)、净光合速率(Pn)和各项荧光参数(Fo、Fm、Fv、Fv/Fm和Fv/Fo)等生理特性表现出不同程度恢复:在灌溉条件下套作玉米边行和内行以及雨养条件下套作玉米内行各参数均有显著恢复;雨养处理下,套作玉米边行的SPAD和Pn在小麦收获后呈现一定程度的恢复,而各项荧光参数均没有明显恢复。光合荧光的恢复为作物恢复生长提供了光合生理基础,干旱破坏了光合机构,限制了玉米的恢复生长。在恢复生长阶段,套作玉米的蒸腾效率(TE)远大于单作玉米,表明套作玉米具有高效用水的潜力很大。(4)套作的冠层结构显著改变,影响了光能分布和水热特征。小麦/玉米套作系统改变了冠层结构,影响了光能分布和光能利用率。共生期,套作小麦的株高和叶面积指数(LAI)高于单作小麦。小麦收获后,仅灌溉处理下,套作玉米的株高和LAI大于单作玉米。套作系统中各位置的光合有效辐射强度(PAR)变化整体上呈现单峰曲线,不同位置PAR值大小显著不同。玉米播种前,套作玉米条带土壤含水量明显高于套作小麦条带。小麦和玉米共生期,套作小麦条带在40cm-100cm土层土壤含水量低于套作玉米条带。小麦收获后,小麦条带土壤水分较共生期有所提升。不同处理对表层5cm土壤温度的日变化影响最为明显。不同处理5cm-25cm各土层土壤温度季节性变化趋势基本一致。雨养处理不同位置各土层的土壤温度高于相应的灌溉处理。0-15cm土层的土壤温度的随土层的加深下降幅度较大,15-25cm土层土壤温度的变化较为缓慢。雨养和灌溉处理下,不同水分处理条件下套作小麦光能利用率均增加;灌水处理下套作玉米的光能利用率增加。共生期,套作小麦行PAR截获率平均在90%以上;套作玉米PAR截获率不超过2%;生育后期,套作玉米PAR截获率显著提高,平均为80%。雨养和灌溉处理下,套作小麦光能利用率均高于单作小麦。雨养处理下,与单作玉米相比,2015年和2016年套作玉米生育期内光能利用率分别降低了16.3%和23.4%。灌溉处理下,小麦收获前,套作玉米的光能利用率低于单作玉米,小麦收获后,套作玉米的光能利用率高于单作玉米,总生育期内的光能利用率与单作玉米无明显差异。本研究结果表明,水分可以改变种间竞争强度,影响作物的作物根系生长和光合荧光等生理过程;通过分析了套作系统内各组分的光能利用率和恢复生长阶段玉米蒸腾效率,阐明了间套作系统资源的高效利用内在机理。间套作冠层结构改变了田间小气候,影响了田间水热状况,改变了光分布格局,提高了套作系统整体的光能利用率。从地下(根系)和地上(光合、荧光和干物质等)综合分析了恢复生长动态过程,完善了恢复生长理论,为间套作系统优化奠定了基础。分析了小麦/玉米套作在雨养条件下的产量和土地利用优势,为休耕地区种植模式的探索,提供了参考依据,对于半干旱半湿润地区发展适水农业具有重要意义。