间套作能够显著增加作物产量和提高单位面积耕地利用率,是解决粮食供需矛盾的有效途径之一。近年来,受水资源短缺的制约,间套作种植面临着重大挑战。种间关系是协调间作群体水分利用的内因,如何通过调节种间竞争与互补关系,充分利用间作时空生态位的分离来进一步提高水分利用效率是目前亟待解决的科学问题。为此,本研究在干旱绿洲灌区设置田间试验,以典型间作模式小麦间作玉米为试验对象,在不同带型和密度条件下,探讨间作群体土壤水分的时空分布、迁移特征及其消耗结构,揭示间作作物的水分生理特性、干物质累积运转特性与种间竞争和生态位分离的相关关系,以期为通过优化种间关系进一步提高间作水分利用效率提供理论依据。主要结论如下:(1)小麦间作玉米群体中,两种作物带中的土壤水势在作物不同生育时期不同,并受密度和带型的显著影响,形成了水分不同空间和时间竞争互补利用的水动力学基础。小麦与玉米共生期间,玉米带土壤水势较小麦带高13.5%,其中高密度小麦间作处理高18.5%,行比为6:3的间作处理高21.6%。小麦收获后-玉米单独生长期间,小麦带土壤水势较玉米带高21.8%,其中低密度玉米间作处理高27.9%,行比为6:4的间作处理高28.0%。两种作物带的土壤水势差异是间作作物需水空间生态位和时间生态位分离共同作用的结果。小麦带与玉米带土壤水势差的绝对值随着密度的增加而减小,低密度玉米处理较高密度处理高12.1%,低密度小麦处理较高密度处理高16.5%,说明随着种内竞争的增加,间作群体对水分的互补利用程度得以强化;共生期内小麦带与玉米带的水势差的绝对值随着幅宽的增加而增加,6:4间作处理较6:2间作处理高3.2%,而麦收后则随之减小,6:2间作处理较6:4间作处理高2.7%,说明玉米行数的增加,弱化了共生期间对水分的互补利用,但强化了生育后期玉米对水分的补偿性利用,利于增大间作玉米的后补偿效应。(2)作物不同生育时期,间作群体中存在不同方向的带间水分迁移,形成了水分在时间和空间生态位上的高效互补利用,作物密度、行比对带间水分迁移具有显著调控作用。小麦与玉米共生时,小麦可从玉米带竞争16-55mm的土壤水分;小麦收获后,小麦带能够为玉米带补给20-60mm的土壤水分。增加密度(尤其增加小麦密度)能够显著增加水分的迁移量,高密度小麦和高密度玉米处理全生育期水分迁移量分别为101mm和74mm,分别较低密度处理高136%和68%。全生育期水分的迁移量在不同带型处理间差异不大,平均为74mm,但带型显著增加了小麦收获后水分的迁移量,麦收后水分的迁移量(平均为46mm)较共生期间(平均为28mm)高61%。密度在调控间作水分竞争和补偿利用方面优于带型,在小麦间作玉米复合群体中,小麦种内竞争的增加有利于水分生态位的分离,能够极大地促进间作群体对资源的互补利用。(3)间作小麦、玉米耗水的关键生育时期、土壤区域不同,时空分离明显,弱化了水分的种间竞争、强化了互补,这种作用应作物密度、带型不同而不同。共生期间小麦带耗水量占全生育期耗水量的65%,而玉米带占其生育期耗水量的42%,对应地,麦收后小麦带耗水量占全生育期耗水量的35%,而玉米带耗水量占其生育期耗水量的58%,间作这种不同作物在时间上错位地利用水分的特性是间作比单作水分利用更加高效的主要原因。密度增加在一定程度上降低了耗水量,低密度小麦间作耗水量较高密度高3.8%,但对间作耗水在时间上和空间上分离无显著影响;行比增加对全生育期耗水量无显著影响,但增加了间作共生期耗水量,降低了麦收后耗水量,共生期6:4间作处理耗水量较6:2高1.7%,麦收后,6:2间作处理耗水量较6:4高2.3%。耗水量与作物带间水分迁移量呈负相关关系,说明水分在时空生态位上互补利用能够显著降低作物耗水量。(4)小麦与玉米共生期间,小麦种间竞争力大于玉米(b11/b12>b22/b21),在竞争资源方面处于优势地位。生态位分离指数(NDI)在不同生育时期不同,并受到密度和带型的显著影响。小麦密度增加时的NDI较玉米密度增加时高19.6%,行比增加时的NDI较小麦、玉米密度增加时分别高20.4%和44.1%。小麦种间竞争(b11/b12)大于玉米种间竞争的倒数(1/(b22/b21)),说明小麦与玉米共生期间既存在种间的竞争作用又存在种间的互补作用。生态位分离指数变化趋势与作物不同时期水分互补特性吻合较好。水分迁移量随生态位分离指数增加呈线性增长关系,相关系数达到显著水平(p<0.05)。密度和带型显著影响二者关系,小麦密度对生态位分离影响大于玉米密度,增加小麦密度有利于水分的竞争与互补利用;不同带型下水分发生迁移的前提是间作要有一定程度的生态位分离,若生态位分离进一步增加,水分迁移量增加速度高于密度的增加(斜率:10.458 vs 3.68和5.771)。(5)间作水分生态位在时间和空间上的分离是间作产量优势和水分高效产生的主要原因。生态位分离指数、水分迁移量与间作产量和水分利用效率呈显著正相关关系。密度和带型通过影响间作生态位分离而对产量和水分利用效率产生显著影响。不同密度处理中,高密度小麦间作处理(小麦密度为900万株hm-2、玉米密度为45000株hm-2)LER可达到1.39,WUE可达到23.6 kg hm-2 mm-1,间作优势明显。不同带型处理中,随着行比的增加,小麦组分产量下降,而玉米组分产量增加,玉米产量的增加能够较好地弥补小麦产量的降低,不同带型处理的WUE间无显著差异。增加行比使得共生期生态位分离程度变大,但考虑到行比增大间作资源互补利用需求的生态位分离度也随之增大的前提,产量随行比增加而减小可以解释为麦收后生态位分离程度随行比的增加小于共生期间。