本研究针对南疆绿洲农业产区水氮利用效率低下,2017年～2018年于新疆阿克苏地区新疆农业大学特色林果试验基地通过大田试验,以冬小麦和复播玉米为研究对象,探究不同水氮梯度对冬小麦复播玉米株高、叶面积、干物质和产量等生长指标,叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、叶水分利用效率等生理指标的影响,运用通径分析与响应面法明晰作物生理特性与产量的内在影响机理以及对水氮的响应,分析南疆冬小麦复播玉米全生育期生长发育状况,得出适宜南疆冬小麦复播玉米生长发育的最佳水氮施用阈值,为当地冬小麦复播玉米周年生产水氮管理措施提供理论依据,主要研究结果如下:（1）水氮对冬小麦株高影响显著,拔节至孕穗期是关键生长阶段,灌水量为282.9 mm、氮肥用量为207 kg/hm~2最利于冬小麦株高生长和干物质籽粒累积,高水高肥处理产量最高为13.599 t/hm~2其次为中水中肥处理产量为12.447 t/hm~2,然而分析发现中水中肥处理水分利用效率以及收获指数皆优于高水高肥处理,此外冬小麦各生长指标与产量呈现正相关,通径分析表明有效穗数是决定冬小麦产量的关键因素。灌水量为282.9 mm、氮肥用量为207 kg/hm~2的水氮组合是兼顾产量和效益,最利于冬小麦生长发育的最优水氮组合。（2）578.25 mm灌水量和306.5 kg/hm~2处理下复播玉米获得最大株高和叶面积指数,增加灌水量和氮肥用量对株高、叶面积促进显著,高肥处理降低生长指标继续增加的趋势。干物质累积量在中肥梯度下随灌水量的提高呈现先增加后减小的趋势,中水中肥处理获得最大干物质累积量为39.78 t/hm~2,并达到最大产量为12.914 t/hm~2且收获指数与高水高肥处理差异不显著。578.25～666.9 mm灌水量和306.5 kg/hm~2氮肥用量的水氮施用组合,最利于实现复播玉米生长指标和较高水氮利用效率。通径分析表明复播玉米产量与构成要素得到百粒重是决定复播玉米产量的主要因素。（3）冬小麦全生育期SPAD值呈现单峰变化趋势,峰值出现于抽穗扬花期并最利于光合产物累积,增加灌水量和氮肥施用可显著提高冬小麦净光合速率,在207 kg/hm~2～276 kg/hm~2氮肥施用范围增加灌水量可延缓叶片衰老,而不施肥处理下冬小麦Pn日变化为单峰变化趋势且峰值会延迟。不同水分梯度下冬小麦蒸腾速率随氮肥用量增加表现处一致规律,均随氮肥用量增加而提高。叶水分利用效率表现为先增加后减小而后又大幅提高的变化趋势。综合比较认为207～276 kg/hm~2氮肥施用范围和282.9 mm灌水量为适宜冬小麦灌浆期光合性能的水氮施用梯度。（4）基于响应面法分析对灌水量和施氮量阈值进行优化,发现冬小麦灌水量与施肥量之间存在部分交互作用,促进了冬小麦的产量,施氮量对小麦产量的影响更为显著然而其阈值上限却并未出现。复播玉米的水氮交互作用呈现椭圆状,且氮肥用量对复播玉米产量的影响更为显著。响应面优化预测后得知灌水量为107.53%ETC（621.79mm）,氮肥施用量为381.917 kg/hm~2时,南疆复播玉米在水氮互作下可发挥协同效应获得最佳产量为13.027 t/hm~2。