化肥、地膜覆盖和高密度栽培的应用，促使黄土塬区玉米产量得到大幅度的
提高。然而，长期的、大量的化肥投入、地膜应用和高密度栽培导致了土壤结构
和养分环境恶化，基础地力逐年降低，造成玉米产量停滞不前。合适的品种，配
合科学的施肥管理措施，能够更大限度地发掘玉米的产量潜力和稳定产出。通过
对比玉米品种的形态和竞争特性，为发掘玉米产量和 WUE 潜力提供生态学理论
支持。将植株个体生长特性与土壤-植物-大气水分连续体中水分平衡理论相结合，
通过对传统耕作方式中栽培密度、化肥管理技术和有机肥配施方式的优化，深层
次地发掘优化模式对土壤基础肥力的固持能力，对玉米生理、生态特性的促进能
力及产量稳定、可持续提升的潜力，以期为旱区农业可持续发展奠定理论和实践
基础，主要结论如下：
（1）、品种混作优化玉米根系发育，增强根系导水率(K r )，促进根系对土壤水分、
养分的吸收和运输能力。地下生长的相互作用促进玉米 0-30 cm 土层根长密度
（RLD）的增加，限制根系冗余生长，促进地上部干物质积累及向籽粒转移。混
作密度是产量（10-16%）和 WUE（5-14%）波动性增长的主要原因。在黄土旱
塬区，品种互作有利于耐旱性玉米 Z958 的植株生长和籽粒发育。
（2）、混作密度增加是品种间相互作用强度增加的主因，且 S16 具有较强的资
源获取能力和空间侵占力，导致其在高密度混作中较高的 AYL 和增产潜力。而
且，高密度混作下群体 LER 大于 1，AYL 保持正值，表明 Z958 和 S16 具有明显
的混作优势和较高的土地利用效率，具有保障玉米产量和 WUE 稳定增长的潜力。
S16 较强的竞争力，促成较高的地上部生物量和庞大的根系，但单株籽粒产量存
在一定程度的损失。Z958 具有更加灵活的混作适应性，较小的种内竞争和耐旱
性，是高密度栽培下产量和 WUE 稳定可持续增加的基础。
（3）、连续配施有机肥，显著降低表层土壤 SBD，有利于玉米根系对 50-150 cm土壤水分吸收和利用。有效保存生育期后期土壤表层残留养分，促成年际间 N、
P 和 SOM 38.3%、330.4%和 50.2%最大增长率。
（4）、配施有机肥形成良好的土壤养分、水分环境，促进 0 - 40 cm 土层 RLD 的
显著增加，有助于玉米根系对土壤水分的有效吸收即 K r 的显著提升，为茎流速
率的增加，叶片光合水分需求奠定充足的水分基础。有机肥增强单株玉米水分利
用能力，促进植株生物量积累与分配，有助于玉米单株干物质从茎秆到籽粒的转
化速率，最终，实现产量 5 -10 % 和 WUE 3 - 8 % 的连续稳定增加。充分证实有
机肥具有改善土壤水、肥时效性，促进水分在玉米植株中的高效循环，保障高密
度玉米栽培下植株生产力的可持续增加。
（5）、栽培密度、化肥管理技术结合有机肥配施（SY-O 和 EY-O）有效缓解化肥
对土壤结构和环境的副作用，为 SOM、N 和 P 的有效储存提供优越的土壤环境，
降低 N、P 的淋溶流失，提高土壤养分利用效率。优化后的化肥管理策略配施有
机肥，增加了玉米对中层土壤 (50-150 cm) 水分的高效吸收和利用，同时保证浅
层 (0-50 cm) 土壤对雨水资源的保存、下渗，保证深层 (150 cm 以下) 土壤稳定
的水分收支平衡。
（6）、土壤水分、养分环境的改善，促进 0 - 40 cm 土层中的根系分布，同时，
伴随单株玉米叶面积 (LA) 和地上部生物量显著增加，为光合产物合成和籽粒灌
浆奠定坚实的生物学基础。有机肥对根系生长和冠层发育的巨大影响，优化了植
株地上部、地下部的生长格局。有机肥连续配施相对于单独化肥施用，可有效维
持灌浆期 K r 的稳定增加。结合 SY-O 和 EY-O 中茎流速率(SFR)的增加和较长的
输水活力，有机肥有效改善了植株中的水分过程，从而调节营养和生殖生长之间
同化物的合理分配。
（7）、长期的传统栽培(TP)和单施化肥模式(HY)栽培，破坏土壤结构，影响土壤
水分、养分储存和利用，造成土壤退化及基础地力降低。化肥管理技术配施有机
肥栽培（SY-O 和 EY-O），产量逐年显著增加，且 EY-O 增加幅度略高于 SY-O。
较高的栽培密度配施有机肥，通过优化土壤环境，提升玉米根系对土壤水分和养
分的吸收，保证了玉米产量可持续、稳定增加的同时，保障土壤环境和土壤生产
能力的恒定。较高的栽培密度、化肥管理策略和有机肥配施合理配合，降低高密
度栽培下单株玉米的产量损失，实现玉米群体产量、WUE 相对于传统模式 75%和 71%的平均增长率，同时优化土壤基础肥力和土壤环境。EY-O 模式可作为参
考，解决黄土塬区半干旱农业生产中由于长期施用化肥造成的产量、WUE 停滞
不前问题，充分发挥密度、化肥管理和有机肥配施的增产增效潜力，实现粮食增
产与土壤环境优化的双赢，保证农业生产的可持续发展。
关键词：黄土高原；半干旱农业区；高产高效栽培；有机肥；生物量分配；产量
稳定性；土壤生产力；根系导水率；茎流速率