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揭示作物高效吸收利用磷的根际过程,挖掘作物生物学潜力,能够提高作物对土壤和肥料磷的利用效率,减少磷肥施用,是集约化农业生产中实现可持续磷素管理的有效途径之一。但是,集约化条件下既保障作物稳定高产、又能发挥作物生物学潜力的适宜根层磷素供应还未能明确。为回答这一科学问题,本论文以田间原位研究为主,辅以盆栽试验,采用农学、根系形态学、生理学和分子生物学相结合的研究方法,首先探讨根层磷素供应对单一根际过程丛枝菌根侵染及其功能的调控,再进一步研究供磷水平对小麦和玉米根际过程(根系形态、生理和丛枝菌根)的综合调控,最后评价供磷水平对小麦-玉米轮作体系生产力和磷肥利用率的长期影响。取得的主要结果如下：(1)三年田间原位研究表明,根层供磷水平调控小麦和玉米丛枝菌根侵染。土壤有效磷(Olsen-P)调控小麦丛枝菌根侵染的临界值在拔节期和扬花期分别为32.2和26mgkg-1,调控玉米丛枝菌根侵染的临界值从六叶期到吐丝期稳定在22mg kg-1左右,且分别高于对应生育时期两种作物生长需要的适宜供磷水平临界值(小麦拔节期为15.1mg kg-1,扬花期为19.8mg kg-1;玉米六叶期为11.6mg kg-1,大喇叭口期为6.2mgkg-1)。在农学适宜供磷水平临界值,小麦根系从拔节期到扬花期的丛枝菌根侵染率稳定在略低于20%的水平；玉米根系的丛枝菌根侵染率在六叶期约为50%,到大喇叭口期时上升为60%。(2)田间条件下,土壤有效磷空间分布影响不同土层的根系形态和丛枝菌根侵染。施磷处理主要提高0-20cm土层的有效磷含量,小麦和玉米在0-20cm土层的根干重、根长和根表面积显著高于20-40cm土层,而根系的丛枝菌根侵染率则表现为在20-40cm土层较高。菌丝从不同土层的PVC管中吸收磷受土体土和PVC管中土壤有效磷含量影响,表明丛枝菌根能够帮助作物从下层土壤局部高磷供应区域获取磷。(3)在盆栽和大田试验中,玉米(NE15)满足地上部生长需要的适宜有效磷(Olsen-P)水平临界值为4mg kg-1；当土壤有效磷水平超过23.8mg kg-1时,预示土壤磷素流失风险的CaCl2-P含量快速提高。根系形态、丛枝菌根侵染和Phtl家族磷转运蛋白基因表达对土壤供磷水平的响应拐点位于或接近4mg kg-1.(4)连续三年大田试验表明,在不同供磷水平下,小麦品种石家庄8号和科农9204地上部生物量和籽粒产量没有显著差异,三年试验的适宜施磷量为50-100kg P ha-1;科农9204从拔节期到扬花期的吸磷量和成熟期地上部磷累积量总体高于石家庄8号。两个品种不同根际过程对供磷水平的响应不完全一致,但各自出现的响应拐点与适宜施磷量接近或一致；与石家庄8号相比,科农9204能在不同供磷水平下保持相对较好的根系形态和高亲和力磷转运蛋白基因TaPHT1.2的表达。(5)在六年的大田轮作试验中,随施磷量的增加,小麦产量从第二年开始出现显著差异,适宜施磷量为50-100kg P ha-1;玉米产量则从第四年才开始出现显著差异,适宜施磷量为12.5-25kg P ha-1；整个轮作体系的产量从第二年开始出现显著差异,适宜施磷量为75kg P ha-1。在适宜供磷水平下,整个轮作体系的磷肥累积利用率随种植年限的增加而提高。综上所述,本论文研究表明,将土壤有效磷水平维持在满足作物稳定高产的临界值(或范围)左右,能够部分兼顾小麦和玉米高效吸收利用磷的生物学潜力发挥,为实现集约化条件下作物高产与养分高效协同的根层磷素调控提供了理论依据。