面对世界范围内普遍存在的水、肥利用率低造成的资源浪费与环境污染问题,如何通过水肥联合调控充分挖掘作物自身对水分、养分等环境因子的适应潜力,实现作物优质高产、水肥利用效率提高成为大家关注的焦点问题。分根区交替灌溉技术（APRI）自提出以来获得了良好的节水效益,但APRI下水肥耦合效应的研究较少受到关注。为更好发挥APRI的节水效果,亟需对APRI下的水氮耦合方式与机制展开研究。本文以金西北22号制种玉米为供试作物,采用垄植沟灌技术,于2013年和2014年在农业部作物高效用水武威科学观测试验站进行田间试验（小区呈东西走向）,对不同灌水方式（均匀隔沟灌溉CI、交替隔沟灌溉AI和固定隔沟灌溉FI）和施氮方式（均匀施氮CN、交替施氮AN和固定施氮FN）下土壤水肥环境和作物根系及地上部的生长状况进行系统研究。在此基础上,针对APRI灌溉方式,研究不同灌水下限（55%Fc、65%Fc和75%Fc）和施氮水平（100 kg N hm-2、200 kg N hm-2和300 kg N hm-2,分别记作N1、N2和N3）对作物生长和水氮利用的影响;同时,分析不同灌溉制度（全生育期充分供水CK、苗期中度亏水T1、苗期重度亏水T2、穗期中度亏水T3、穗期重度亏水T4、花粒期中度亏水T5和花粒期重度亏水T6）对作物耗水规律和作物系数的影响,构建作物水分生产函数,确定APRI下作物的适宜灌溉制度。取得如下重要进展:（1）研究了不同灌水施氮方式下制种玉米的干物质积累过程、籽粒产量和作物对水分的利用。各处理的干物质积累过程均符合Logistic方程:X=K?1+ae-bt累上限K值有所不同:任一灌水方式下,AN与CN明显大于FN;任一施氮方式下,AI>CI>FI（P<0.05）;且交替隔沟灌溉均匀施氮（AC）和交替隔沟灌溉交替施氮水氮同区（AAT）的K值最大。与其他灌水施氮方式相比,AC、AAT和交替隔沟灌溉交替施氮水氮异区（AAY）下籽粒干物质量以及其占总干物质积累量的比例明显增加。不同灌水施氮方式下制种玉米穗数、籽粒产量、收获指数和水分利用效率（WUE）的表现与K值类似。可见,交替隔沟灌溉交替施氮（水氮同区）或交替隔沟灌溉均匀施氮有利于提高制种玉米的籽粒产量和水分利用效率。（2）研究了不同灌水施氮方式下制种玉米拔节期、大喇叭口期、抽雄期、灌浆期和成熟期植株北侧、植株南侧和植株下0¹00 cm土层中的土壤水分和土壤NO₃^--N分布。结果表明,灌浆期,多数监测时期,灌水方式相同时,植株南、北两侧灌水前的土壤水含量仅在不同施氮方式间差异显著,且CN与AN间的土壤含水量无显著差异,CI时FN下施氮侧的土壤含水量较未施氮侧增大。多数情况下,同一灌水方式下,FN下施氮侧的土壤NO₃^--N含量较未施氮侧增大;同一施氮方式下,与CI相比,AI处理植株下0⁴0 cm土层中土壤NO₃^--N含量增大。较其它灌水施氮方式,AC、AAT和AAY下土壤NO₃^--N含量在植株南、北两侧间无显著差异且在0⁴0 cm土层较大。说明交替隔沟灌溉配合均匀施氮或交替施氮有利于土壤NO₃^--N较长时间地均匀分布在0⁴0 cm土层。（3）研究了灌水施氮方式对制种玉米根系生长分布及其随生育期变化动态的影响。结果表明,灌浆期,0⁴0 cm土层,AI/CI与AN/CN结合时,植株南、北两侧的根长密度无显著差异;而FI与FN结合时,植株南、北两侧的根长密度差异显著。多数情况下,0⁴0 cm土层,任一施氮方式下,与CI和FI相比,AI增加植株下的根长密度;任一灌水方式下,与CN与AN相比,FN减小植株下的根长密度。AAT、AAY和AC下的根长密度最大。AC、AAT和AAY下0¹00 cm土层的总根量（总根长、总根干质量和总根表面积）最大。可见,交替隔沟灌溉交替施氮或交替隔沟灌溉均匀施氮不但有利于制种玉米的根系分布相对均匀,而且促进根系的生长。制种玉米的籽粒产量Y（kg hm-2）与灌浆期0⁴0 cm土层的根长密度（cm cm-3）、根干质量密度（mg cm-3）和根表面积密度（cm2 cm-3）间的关系符合指数模型Y=2102X11.03X20.92X30.45和多项式模型Y =2272.98 1937.21X1+ 3553.85X2-2581.76X1X2。（4）研究了灌水施氮方式对制种玉米氮素吸收利用的影响,发现任一施氮方式下,与CI相比,AI下作物对氮素的吸收量和氮素利用效率（NUE）明显增加;任一灌水方式下,与CN和AN相比,FN下作物的吸氮量和NUE明显减少。AAT和AC下作物的氮素利用效率最大。说明交替隔沟灌溉交替施氮（水氮同区）或交替隔沟灌溉均匀施氮有利于提高制种玉米的氮素利用效率。15N示踪研究的结果表明,施氮方式相同时,与CI相比,AI下作物吸收肥料氮量明显增加,且AI下作物对肥料氮的吸收率（26.57%²9.01%）与肥料氮的损失率（25.78%²7.41%）接近;而CI下作物对肥料氮的吸收率（22.93%²3.78%）明显小于肥料氮的损失率（34.37%³4.88%）。说明与传统隔沟灌溉相比,交替隔沟灌溉促进制种玉米对肥料氮的吸收,减少肥料氮的损失。（5）研究了APRI下不同灌水下限和施氮水平对制种玉米生长及产量形成的影响。任一施氮水平下,与55%Fc相比,65%Fc下制种玉米的生长速率、株高、茎粗和叶面积指数均明显增加。任一灌水下限下,与N1相比,N2下制种玉米的上述指标均明显增加。75%Fc配合N2/N3各项指标最大。不同灌水下限和施氮水平下制种玉米的地上部生物量、穗数、穗粒数、籽粒产量及收获指数与其生长速率的表现类似。说明APRI下75%Fc配合200 kg N hm-2或300 kg N hm-2可以维持制种玉米地上部的旺盛生长并获得最高籽粒产量。灌水下限和施氮水平的交互作用对制种玉米的生物量和籽粒产量有显著影响:N1水平下灌水下限在55%Fc⁶5%Fc范围增大,可以提高作物的生物量和籽粒产量;类似地,高灌水下限75%Fc时,增加施氮水平可提高玉米籽粒产量,但灌水下限在55%Fc时,200 kg N hm-2以上进一步增加施氮量并不能使生物量和籽粒产量持续增加。说明在一定范围内,水肥用量间存在补偿效应;协调灌水下限和施氮水平才能提高APRI下制种玉米的籽粒产量。（6）研究了APRI下不同灌水下限和施氮水平对制种玉米水分及氮素吸收利用的影响。结果表明,任一施氮水平下,WUE表现为65%Fc>75%Fc>55%Fc（P<0.05）;任一灌水下限下,N2和N3的WUE较N1明显增大。65%Fc配合N2/N3获得最大的WUE。任一施氮水平下,65%Fc与75%Fc间作物的吸氮量和NUE无显著差异,但较55%Fc明显增大;任一灌水下限下,N2和N3的吸氮量较N1明显增大。随着施氮水平的增加,NUE明显减少而收获后0¹00 cm土层土壤NO₃^--N残留量明显增加。可见,APRI下协调灌水下限和施氮水平是提高作物水、氮利用效率的前提。65%Fc配合200 kg N hm-2可以在维持制种玉米籽粒产量的条件下,使WUE和NUE相对较高,且降低收获后0¹00 cm土层土壤NO₃^--N的残留量。（7）分析了APRI下不同灌溉制度对制种玉米耗水规律、作物系数Kc、籽粒产量和WUE的影响。结果表明,任一生育期亏水均使得作物的耗水强度和Kc降低。与CK相比,T2、T3、T4、T5和T6的籽粒产量显著下降,而T1无显著差异,且耗水量较CK下降20.41%。表明APRI下苗期中度亏水可明显提高制种玉米的水分利用效率。基于Jensen模型,获得制种玉米在播种-拔节、拔节-抽雄、抽雄-灌浆和灌浆-成熟期的亏水敏感指数λi分别为0.03、0.72、0.60和0.13。说明制种玉米拔节-抽雄、抽雄-灌浆阶段对缺水的敏感程度远大于灌浆-成熟和播种-拔节阶段。综合作物耗水规律、产量、WUE和阶段水分生产函数,获得APRI下制种玉米的经济灌溉定额为2400 m3 hm-2。利用动态规划法确立制种玉米的优化灌溉制度为:拔节-抽雄期灌水3次,播种-拔节、抽雄-灌浆和灌浆-成熟期各灌水2次。其中,拔节前灌水定额采用180 m3 hm-2,拔节-灌浆时灌水定额为330 m3 hm-2,灌浆-成熟时灌水定额为195m3 hm-2。