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水分不足是限制我国北方干旱和半干旱区粮食生产的重要因子。生物节水是实现进一步提高作物水分利用效率的关键环节和潜力所在。深入探讨不同抗旱节水类型小麦的高效用水特性与机制，对水资源节约型农业的发展具有重要理论和实践意义。
本试验于2005-2007年在中国科学院栾城生态农业试验站开展。主要以旱地品种(晋麦47、西峰20)和水旱兼用型品种(石家庄8号)以及水地品种(科农9204和石4185)等21个品种为试验材料，在4种不同的灌溉处理条件下，采用大田和盆栽相结合的方法，从作物的农田耗水、生长发育、产量构成、光合、蒸腾、蒸腾效率、叶片水分利用效率、根系特性和相关的生理生化基础(抗氧化酶、内源激素)等方面对不同生态类型小麦品种高效利用水分的机理进行研究，初步得出以下几点结论：
1.不同小麦品种的产量水平的水分利用效率(WUEy)有显著差异，最大可相差72.43％。在严重干旱条件下，旱地品种WUEy显著高于水地品种和水旱兼用型品种。枯水年不灌水的试验处理，旱地品种西峰20的WUEy可达19.40kg/hm2.mm，分别较水地品种和水旱兼用型品种高10.29％和23.72％；水旱兼用型品种在适度水分亏缺下WUEy高于旱地品种和水地品种，丰水年不灌溉的处理，WUEy可达17.88kg/hm2.mm，分别较旱地品种和水地品种高27.08％和26.54％；水地品种的WUEy较高，在水分较充足的条件下WUEy高于旱地品种和水旱兼用型品种，平水年灌2水的处理，水地品种石4185的WUEy为22.52 kg/hm2.mm，而旱地品种西峰20的WUEy仅为13.06 kg/hm2.mm，石4185的WUEy与西峰20相差72.43％，而与水旱兼用型品种石家庄8号的WUEy无显著差异。系统聚类分析表明，依据不同品种的产量、耗水量和WUEy，可把试验所用的19个小麦品种分为高产高WUE型、中产高WUE型、中产中WUE型和低产低WUE型4种类型。石家庄8号属于高产高WUE类型，而晋麦47、西峰20属于中产中水分利用效率类型。
2.耗水量和产量是影响WUEy的最直接的两个决定因素。试验品种(石4185、石家庄8号、晋麦47、西峰20)在不同降水年型下的平均耗水量差异不显著，平均耗水量都在343-350mm之间。而在不同的降水年型下的平均产量差异显著，旱地品种的平均产量显著低于水地品种和水旱兼用型品种。水旱兼用型品种石家庄8号的产量最高为6783.36kg/hm2，旱地品种西峰20的平均产量最低为5016.87 kg/hm2，品种间平均产量最大相差35.21％。说明品种间WUEy的差异主要来源于产量的遗传差异。
3.收获指数是影响WUEy的重要因素之一。株高与收获指数呈显著负相关关系(R2=0.5742)，产量和收获指数呈显著正相关关系(R2=0.3212)。旱地品种株高显著高于水地品种和水早兼用型品种。旱地品种的收获指数显著低于水地品种和水旱兼用型品种。最大可相差27.78％。
4.群体生物量影响产量和WUEy。在严重干旱条件下，早地品种通过高的群体生物量而获得较高的籽粒产量，从而使WUEy处于较高水平。在枯水年不灌溉条件下，旱地品种西峰20生物量比水地品种石4185和水旱兼用型品种石家庄8号高3722.23kg/hm2和3578.40 kg/hm2，其单位耗水所形成的干物质(群体水分利用效率)较水地品种石4185和水旱兼用型品种高37.42％和21.33％。旱地品种在枯水年较高的WUEy是通过群体水分利用效率实现的；在平水年不灌溉的条件下，品种间的生物量和群体生物量水平的水分利用效率没有显著差异。品种间WUEy的差异源自收获指数(HI)的差异；但在充分灌水的条件下，水地品种和水旱兼用型品种具有较高的生物量、群体水分利用效率和收获指数，西峰20的生物量和群体生物量水平的水分利用效率显著低于水地品种和水旱兼用型品种。品种间WUEy的差异源自群体水分利用效率和收获指数的共同作用。
5.叶片水分利用效率是群体水分利用效率的基础。水分胁迫在一定程度上提高叶片水分利用效率(WUEl)。在枯水年干旱处理下，旱地品种占优势，光合速率比水地品种高67.74％～94.47％，比水早兼用型品种高26.10％～46.19％，从而维持了较高水平的叶片水平的水分利用效率。在中度或轻度水分胁迫下，水旱兼用型品种占优势，在枯水年灌1水条件下，WUEl比水地品种高11.74％，比旱地品种高10.30％～25.98％。在水分较充足条件下，水地品种占优势，但不同类型品种间WUEl没有显著差异。
6.光合速率、蒸腾速率和气孔导度是影响叶片水分利用效率的主效因子，累积贡献率达75％左右。其中光合速率的贡献率最大为44.04％，其次为蒸腾速率，贡献率为16.64％，气孔导度(gs)的贡献率为13.87％。要想提高WUEl可通过提高光合速率、降低蒸腾速率和气孔导度的方法来实现。
7.激素在植物抗旱和高水分利用效率方面有重要作用。在干旱条件下，叶片聚集大量的脱落酸(ABA)，降低气孔的开度，提高叶片水分利用效率来适应水分胁迫。根部产生大量的生长素(IAA)促进根系下扎，吸收深层水分而缓解缺水压力。旱地品种在茎秆和叶片处赤霉素(GA1+3)的超补偿效应，使株高和生物学产量有明显增加的趋势，表现了高秆旱薄型品种遇水对赤霉素敏感，快速生长，高效利用水分的特性。水地品种穗部玉米素核苷(ZR)和GA1+3在各部位的大量聚集，产生补偿效应，提高经济产量，进一步阐述了不同抗旱类型小麦适应干旱的策略差异的可能性。生长调节物质的变化与作物水分利用的关系需进一步探讨。
8.不同抗旱类型的小麦在不同环境下的响应方式和适应策略有所差异。早地品种具有早发性，苗期具有生长优势和高效利用水分的特点。在极端干旱条件下，充分发挥增加群体量的优势，提高生物量和群体水分利用效率来获取部分经济产量。而水地品种和水旱兼用型品种在水分较充足条件下，主要靠增加生物量和收获指数来获取较高产量。
9.从品种对水分胁迫的综合考虑来看，在华北水资源日蔬短缺的情况下，高产高WUE的水旱兼用型品种石家庄8号在不同的降雨年型(极端干旱条件下除外)，不同的灌溉处理条件下，产量和水分利用效率都处于较高水平，具有明显的增产节水效应，适于在华北地区种植。