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全球气候变异性增加、淡水资源匮缺、土壤肥力下降等问题严重制约着农业的可持续发展。挖掘农业高效节水技术与环境友好型土壤改良措施,是提升作物水分利用效率、改善土壤肥力、提高农业生产力的重要保证。分根区交替灌溉（PRD）和生物炭是近年来备受推崇的节水培肥策略,但其对作物生长生理及土壤养分的调控机制尚不明确,常因土壤-生物炭-作物组合的不同而存异。基于此,本论文以三种不同的草本作物、土壤类型和生物炭为研究对象,开展了三个盆栽试验。试验一,以烟草为供试作物,选用500℃的软木（SWB）和小麦秸秆生物炭（WSB）改良两种典型植烟土壤（塿土-Anthrosol,酸性红土-Ferralsol）,通过设置充分（FI,每天灌至90%土壤最大持水量（WHC））、亏缺（DI,用FI灌水量的70%灌溉）和PRD（灌水侧同DI,干旱侧土壤含水率降至10%左右换边灌溉）灌溉处理,主要研究生物炭与PRD对烟草生长、生理和水分利用效率的影响及机理。试验二,设计1:10的蚕豆（主作物）-黑麦草（副作物）间作系统,选用500℃的WSB和800℃的CRB（农业残渣生物炭）改良砂壤土,通过设置FI（每2-3天灌至95%WHC）、DI（灌水量为FI的70%）和PRD（灌水侧同DI,干旱侧土壤含水率降至13%左右换边灌溉）处理,主要研究高温生物炭与PRD对间作系统水分利用效率的影响。试验三,蚕豆-黑麦草间作试验结束并收获蚕豆后,将留有黑麦草根系的盆钵转移至温室进行干湿交替处理（DWC,土壤渐进干旱至含水率10%左右,复水至WHC后再干旱;FI为对照）,主要研究黑麦草生长和水分利用对生物炭（WSB和CRB）残余效应的响应规律。取得了如下主要研究结果:（1）明确了生物炭与交替灌溉对作物产量和水分利用效率的影响规律。添加WSB改善了烟草和下茬黑麦草的生长,提高了生物量,但减量灌溉抑制了作物的生长,降低了生物量。间作系统中,CRB和减量灌溉降低了间作蚕豆和间作系统的生物量,但增加了间作黑麦草的生物量。生物炭降低了烟草和间作系统的水分利用效率,但原因不同,前者是因为耗水量的增加而后者是因为生物量的降低导致的。因时间效应,生物炭尤其是WSB明显增加了下茬黑麦草的水分利用效率。相同灌水量下,PRD较DI则维持了作物生物量和提高了水分利用效率。因此,WSB与PRD可以协同提高单作作物的生物量和水分利用效率,而高温生物炭对间作豆科的生物量和水分利用效率有负影响。（2）阐明了生物炭与交替灌溉对作物气体交换和植株水分关系的影响规律。减量灌溉抑制了所有作物的气体交换和植株水分状况,但因气孔导度和蒸腾速率的降低程度高于光合速率的降低而提高了叶片内在（WUEi）和瞬时水分利用效率（WUEn）。相同灌水量下,PRD植株具有比DI更高的WUEi和WUEn。生物炭添加改善了作物气体交换和水分状况,但WSB和CRB分别降低了烟草和间作蚕豆的WUEi和WUEn。相反,CRB尤其是WSB显著增加了下茬黑麦草的WUEi和WUEn。（3）揭示了生物炭与交替灌溉诱导的ABA信号对气孔的调控机制。相较于FI,DI和PRD增加了烟草和间作蚕豆的气孔密度（SD）和叶片ABA浓度,但降低了气孔大小（SS）和植株组织Δ13C。相同灌水量下,PRD植株具有比DI更高的SD和ABA浓度,但更低的SS和Δ13C,且生物炭WSB进一步增大了上述效应。作物气孔密度（SD）随叶片ABA浓度的上升而呈线性增加,且气孔导度和Δ13C与SD和ABA浓度线性负相关,而与SS线性正相关。因此,PRD和WSB下更强的ABA信号增大了叶片气孔密度,降低了气孔大小,进而共同降低气孔导度,协同提升了作物短期和长期(Δ13C表征)水分利用效率。（4）阐明了作物营养状况对生物炭与交替灌溉的响应规律。生物炭WSB提高了烟草的碳、磷吸收量但降低了氮的吸收量;同时WSB显著提高了烟草叶片（116%）、茎（116%）、根（55%）、冠（116%）和整株（116%）的钾吸收量,但烟草叶片碳钾比、氮钾比和磷钾比分别下降49%、56%和48%,而SWB几乎没有影响。发现减量灌溉（DI和PRD）降低了烟草碳、氮、磷和钾吸收量,但PRD植株的养分吸收量高于DI。相似地,WSB和CRB增加了下茬黑麦草的碳、氮吸收量及碳氮比,尤其是在干湿循环下。间作系统中,WSB尤其是CRB增加了间作黑麦草的碳、氮吸收量及碳氮比,但降低了间作蚕豆和间作系统的碳、氮吸收量及碳氮比,且DI尤其是PRD放大了这种变化。因此在蚕豆-黑麦草间作系统中,不推荐使用CRB和PRD来改善豆科作物的营养状况。（5）阐明了生物炭与交替灌溉对土壤养分有效性的影响机制。生物炭SWB尤其是WSB增加了烟草的比根长和根长密度但降低了根直径。然而,减量灌溉限制了根系的伸长生长,一定程度抑制了生物炭对作物根系形态的改善;但与DI相比,PRD增加了烟草的根长和比根长及降低根系直径,进而缓解了水分亏缺对根系形态的限制。另外,WSB和PRD共同提高了Anthrosol的p H值,进一步优化了土壤环境,有助于改善土壤养分有效性。添加WSB显著提高了烟草根际土壤的有效磷（40%）和速效钾含量（173%）,且PRD增大了这种效应。同时,生物炭和PRD协同提高了烟草根际土壤和下茬黑麦草非根际土壤的全碳和全氮含量。因此,生物炭与交替灌溉通过改善作物根系形态特征和增加土壤p H,协同改善了土壤养分的储量和有效性。总的来说,小麦秸秆生物炭（WSB）结合交替灌溉（PRD和DWC）可以协同改善单作作物的产量和WUE,但高温生物炭（CRB）对间作豆科作物的生长和生理有负影响,不推荐使用。在节水机理方面,交替灌溉与WSB下升高的叶片ABA浓度导致了气孔密度增加和气孔大小的降低,进而共同降低了气孔导度,提高了作物WUE。