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于冬小麦和夏玉米播种前、收获后（0~100cm土层每隔10cm取1个土样，100～200cm土层每隔20cm取1个土样）及主要生育期（冬小麦为苗期、拔节期、抽穗期和灌浆期，夏玉米为播种后20d、40d、60d、80d和100d，0～100cm土层每隔10cm取1个土样），采用干燥法分层测定土壤含水率。取土位置为小区中央沟内植株的中心区域和相邻垄上。
在垄上安装由铁皮制作的简易径流小区，小区长、宽和高分别为25cm、25cm和20cm，安装时埋入地下8cm。计算径流系数时考虑垄沟角度的影响，计算垂直投影面积，每个处理重复3次。
分别采用直管温度计和曲管地温计（河北省武强红星仪表厂），定位观测（置于各处理冠层覆盖度相近的位置）不同处理垄上和沟内地表温度及土壤温度（5cm、10cm、15cm、20cm和25cm）。从播种后开始定期观测（冬小麦生长季每隔15d测一次，夏玉米生长季每隔10d测一次）。测量时间冬小麦为08：00—18：00，夏玉米为06：00—20：00，2h测1次，取其平均值作为日平均土壤温度。
在冬小麦和夏玉米的主要生育期（冬小麦为苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期和成熟期，夏玉米为苗期、拔节期、抽雄期、灌浆期和成熟期）取土样测定土壤硝态氮含量。土样经风干后过10目筛，称取5g，用50mL氯化钾溶液（2mol/L）浸提，震荡0.5h后过滤，使用流动分析仪（Auto Analyzer-Ⅲ，德国Bran＋Luebbe公司）测定。
（1）分别于冬小麦苗期、拔节期、抽穗期、灌浆期、成熟期和夏玉米播种后20d、40d、60d、80d、100d及收获后，各小区随机选取代表性植株（冬小麦为20株，夏玉米为5株）测定株高，并按器官分离，于105℃杀青30min，75℃干燥至质量恒定后称量地上部干物质质量。
（2）利用根钻（内径7cm）取根，于冬小麦灌浆期，取根位置为各小区中央行上和相邻的行间各取一个测点，测定深度为60cm（15cm为一层）。于夏玉米灌浆期，各处理随机选取代表性植株3株，在植株正下、左侧（正南）15cm、右侧（正北）15cm，以20cm为间隔取样至100cm深度。样品清洗干净后分层装袋。使用EPSON Perfection V700和WinRHIZO Pro软件分别进行根系扫描与根系分析，得出相应土层的根长、根表面积和根体积等参数。随后干燥至质量恒定得到根系干质量。
（1）叶片叶绿素含量。在冬小麦、夏玉米主要生育期，选择晴朗天气，于10：00—11：00时间段，每个小区选取5片功能叶（冬小麦在抽穗期之前选择最新全展叶，抽穗期之后选择旗叶；夏玉米在抽雄期之前选择最新全展叶，抽雄期之后选择穗位叶），带回实验室称取0.1g，加入96％的无水乙醇定容至25mL容量瓶浸提叶绿素。用紫外分光光度计分别测定浸提液在665mm、649mm和470mm波长下的光密度值，并据此计算叶绿素含量。
（2）叶片光合特性。在冬小麦抽穗期和夏玉米播种后40d、60d、80d、100d左右，选择天气晴朗的一天在09：00—11：00时间段测定，利用LI-6400XT便携式光合仪测定各小区5株植株功能叶片的净光合速率（ Pn ）、蒸腾速率（ Tr ）、气孔导度（ Gs ）和胞间CO 2 浓度（ Ci ），测定结果取平均值。
从冬小麦、夏玉米播种后，观测记录不同处理下作物主要生育期的持续时间，以小区内70％以上的植株表现某生育期特征作为进入该生育期的标准。
将各处理地上部生物样分器官粉碎后，过80目筛，用H 2 SO 4 －H 2 O 2 法消煮植物样品，采用凯氏定氮仪（FOSS 2300型）测定全氮含量。
成熟后进行田间采样，每个小区收获中间4行测产（风干至籽粒含水率为14％左右）。对于冬小麦，选取30株代表性植株，测定穗长、穗粒数、有效穗数和千粒重等穗部性状。对于夏玉米，选取7株代表性植株，测定穗长、穗粗、穗粒数和百粒重等穗部性状。根据冬小麦、夏玉米产量，生育期蒸散量、降水量和灌水量，以及施氮量和植株氮素累积量计算水分利用效率、降水利用效率和氮肥利用效率。