华北平原种植模式以冬小麦—夏玉米轮作为主，这里是我国重要的粮食生产基地，关系着国家的粮食安全。水资源不足一直是制约当地农业可持续发展的主要因素，优化田间水肥管理措施、提高作物水分利用效率是解决问题的关键。有机肥在改善土壤理化特性、提高土壤保水蓄水性能方面的效果显著，同时有机肥可以协调作物需水和土壤供水之间的矛盾，可促进作物生长，提高作物产量和水分利用效率。目前，关于不同有机肥施用量以及水碳氮组合对华北平原旱作粮田土壤水分动态变化、作物耗水规律以及水分利用效率的研究鲜有报道。本研究在山东省陵县试验区（中国农业科学院德州试验站）和桓台试验区（华北集约化农业生态系统试验站）分别开展了无机肥、有机肥对比试验(2006^-2012年)和水碳氮组合的微区试验(2010^-2012年)，其中对比试验设无机肥、有机肥2个因素，各10个水平（以N计），分别为0、60、120、180、240、300、360、420、500和600kgN·hm^-2，共19个处理。水碳氮微区试验共6个处理（各处理N水平相同）：（1）常规灌水（100mm·次-1）、单施无机肥(冬小麦，200kgN·hm^-2；夏玉米，152kgN·hm^-2)（W1C0N2）；（2）常规灌水、有机肥(冬小麦，100kgN·hm^-2；夏玉米，76kgN·hm^-2)与无机肥配施(冬小麦，100kgN·hm^-2；夏玉米，76kgN·hm^-2)（W1C1N1）；（3）常规灌水、单施有机肥(冬小麦，200kgN·hm^-2；夏玉米，152kgN·hm^-2)（W1C2N0）；（4）减量灌水（50⁶0mm·次-1）、单施无机肥（W2C0N2）；（5）减量灌水、有机肥与无机肥配施（W2C1N1）；（6）减量灌水、单施有机肥（W2C2N0）。研究了单施无机肥和单施有机肥，以及有机肥与无机肥配施对冬小麦—夏玉米轮作体系内的土壤水分周年动态、作物耗水、产量以及水分利用效率的影响。旨在明确碳氮组合下土壤水分周年变化规律和水分利用效率，为进一步提高华北地区旱作农田的水分和养分管理水平、挖掘土壤供水潜力提供理论依据。本研究获得的主要结论如下：1.相同灌水和N水平下，土壤增碳能够提高农田雨季蓄墒和旱季保墒的能力，降低土壤水分在茬口的损失，土壤水分的“前贮后用”效果明显。相同N水平下，与无机氮相比，增碳后冬小麦播前的土壤贮水（0¹00cm）提高了2.44⁴5.6mm，增加幅度为0.987%¹9.3%；夏玉米播前的土壤贮水（0¹00cm）也可提高1.30³0.5mm，增加幅度有0.543%¹3.9%。与单施无机氮（C0N2）相比，碳氮配施（C1N1）处理在冬小麦和夏玉米播前的土壤贮水（0¹60cm）也分别增加了12.1³1.6mm（P＞0.05）和7.17¹4.2mm（P＞0.05），增加幅度为2.93%⁷.56%和1.73%³.94%。周年的茬口土壤水分损失量为26.8⁴1.1mm（0¹60cm），平均损失强度为1.58².42mm·d-1，土壤增碳能够降低水分在茬口的损失，与单施无机氮（C0N2）相比，损失量降低了4.73¹0.4mm，降低幅度达11.5%²6.2%。施用有机肥改善了土壤团聚体结构，增加了土壤有机碳和全氮含量（P＜0.05），利用二元二次方程可以很好地模拟土壤贮水与水稳性团聚体（＞0.25mm）、土壤容重的关系以及土壤贮水与土壤有机碳、全氮的关系，模型方程系数（R2）分别达到显著（P＜0.05）和极显著（P＜0.001）水平。2.低N条件下，增碳可显著增加作物耗水和产量。其中有机肥和无机肥的N水平分别低于阈值199.4kgN·hm^-2(碳用量5293kgC·hm^-2)和113.2kgN·hm^-2时，冬小麦耗水随着碳、氮用量的提高而增加（P＜0.05）；有机肥和无机肥的N水平分别低于阈值220.6kgN·hm^-2(碳用量5855kgC·hm^-2)和110.7kgN·hm^-2时，冬小麦产量也随着碳、氮用量的增加而增加（P＜0.05）。3.高N水平下，增碳对耗水量和作物产量的影响不明显；有机肥增产作用与无机肥处理相当，但具有更好的节水效应。当有机肥和无机肥的N水平分别超过阈值220.6kgN·hm^-2(碳用量为5855kgC·hm^-2)和113.2kgN·hm^-2时，冬小麦的耗水量和产量均无显著变化；其中N水平达到一定程度后(大于220.6kgN·hm^-2)，有机肥与等N的无机肥相比，冬小麦产量几乎没有差异（仅下降了0.812%），而耗水量却降低了21.1mm，降低幅度达4.86%。其中N水平超过372.0kgN·hm^-2时，有机肥处理(碳用量超过9874kgC·hm^-2)的水分利用效率（WUEg）高于比无机肥，最大可增加15.1%。由此说明，高N条件下达到同样的产量水平，土壤增碳具有更好的节水效果。4.本试验条件下的适宜有机肥和无机肥用量。产量无显著变化时的有机肥和无机肥用量分别为220.6kgN·hm^-2和110.7kgN·hm^-2时，而获得最高冬小麦产量和较高水分利用效率时的有机肥和无机肥用量分别为481.7kgN·hm^-2(碳用量为12786kgC·hm^-2)和367.6kgN·hm^-2。可知冬小麦的有机肥适宜用量为220.6⁴81.7kgN·hm^-2(碳用量介于5855¹2786kgC·hm^-2)，无机肥适宜用量为110.7³67.6kgN·hm^-2。其中有机肥比等N的无机肥多施86.2¹14.1kgN·hm^-2，即增碳2288³029kgC·hm^-2，不仅具有同样的增产作用，而且水分利用效率较高。5.明确了本试验条件下的最优水碳氮组合。综合考虑不同水碳氮组合下的土壤蓄水保墒作用、植株生长性状、光合性能、产量以及水分利用效率，减量灌水、碳氮配施（W2C1N1）处理不仅提高了土壤贮水和供水能力，而且植株生长形状好，产量和水分利用效率高，是本试验中的最优水碳氮组合。