旱地农田的水肥耦合效应一直为国内外许多研究者所关注，探求合理的水肥投入
水平，在水分受限制的条件下通过合理施肥以提高产量，是水肥优化耦合研究的主要
问题。本论文主要基于长期旱作定位施肥试验，研究不同施肥条件下不同层次的作物
水氮利用、产量以及土壤水分的表现，以及不同年份之间的差异性，探讨旱作条件下
水碳氮耦合及水分生态效应特征，主要结论如下：
旱地长期不同施肥条件下收获期的土壤水分含量差异显著，氮磷肥配施条件下收
获期土壤水分含量较低，施用有机肥也降低了收获期的土壤水分含量。受其影响，较
低的土壤含水量条件下降雨的入渗深度变浅，不利于深层土壤水分的恢复。因此在施
肥水平较高的条件下，夏季休闲后播种期的土壤有效底墒供应能力降低，削弱了土壤
水库的供水能力，影响了高肥条件下作物的稳产高产。氮磷肥配施提高了土壤表层的
全氮含量，随着施磷量的提高剖面有机质含量下降。
尽管旱作长期施肥条件下土壤供水能力降低，不同施肥处理之间相比，不同比例
的氮磷配施方式以及施用有机肥，作物叶片水平的SPAD 值、光合、蒸腾速率和水分
利用效率仍然较高，各指标从拔节、开花到灌浆期先增加后降低，灌浆期各处理间的
差异较大。06-07 年播种期土壤有效贮水量和生育期降水均比05-06 年降低，受其影
响，06-07 年与05-06 年相比，各处理拔节期和开花期叶片蒸腾速率均有不同程度的
下降；施有机肥的处理和氮磷用量较高的处理，拔节和开花期叶片光合速率也有较大
幅度下降，但是由于光合速率下降的幅度小于蒸腾速率下降的幅度，因此这些处理的
叶片蒸腾速率仍有较高的增加。
与长期施肥作物多年平均耗水量的差异相比，长期施肥后同一年份作物整个生育
期的耗水量差异减少，受播种期土壤有效底墒降低和生育期降水量减少的影响，两年
之间不同施肥处理下作物叶面积指数变化有别，耗水量则均有不同程度的降低。不同
肥料处理耗水量两年之间的差值随施氮量的增加而增加，随施磷量的增加而降低；就
不同施肥方式处理而言，依氮磷有机肥配施、氮磷配施、不施肥的对照和单施氮肥处
理的顺序，耗水量的差值依次降低。
长期施肥后，氮磷肥配施和施用有机肥仍然可以大幅提高作物生物产量、籽粒产
IV 黄土高原旱地农田长期施肥条件下水碳氮耦合及水分生态效应
量和水分利用效率。施肥促进了作物氮素的吸收，而各处理间氮素的收获指数差异较
小，不同降水年份的作物吸氮量的差值因施肥条件不同也有所差别。
结合长期试验的结果和05-06 年的试验结果建立了作物产量与供水量（生育期降
水量+土壤有效底墒）、氮磷肥用量关系的方程，经检验回归方程达到了显著性水平
（P=0.003），然后根据此方程模拟06-07 年的产量，70％的模拟值与实测值的相对误
差在10％左右。
长期施肥同时显著提高了多年总产量和总耗水量，本试验年份中施肥显著提高了
产量的同时耗水量没有显著增加，因而水分利用效率随产量增加呈显著增加趋势。
本试验年份小麦的生物产量、籽粒产量和水分利用效率均随作物总吸氮量的增加
呈增加的趋势，表现为二次曲线的关系，随着吸氮量的增加三者的变化幅度逐渐降低。
拔节期叶面积指数和叶片SPAD 值与产量之间呈显著的线性相关关系，拔节期较高的
叶面积指数和叶片SPAD 值均有利于产量的增加。
关键词：黄土高原；长期施肥；水分；氮素；耦合效应