山东省是中国最重要的农业区之一,是冬小麦的主要种植区。冬小麦生产作为支撑国家发展的基础保障性产业,在山东省乃至华北平原占有重要地位。减少温室气体排放和节约用水是实现农业可持续发展的必要途径。然而,长期旋耕和全球气候变化对土壤耕层产生了负面影响,导致土壤水分有效性降低,农业用水问题日益突出。深松是改善土壤耕层结构的有效措施,此外,适当的灌溉管理是保障冬小麦稳产和提升水分利用效率的必要措施。然而,深松和灌溉结合对冬小麦水分利用效率和CO2排放耦合效应尚不清楚。本研究于2019–2021年冬小麦季在山东农业大学农学实验站进行,以期摸清深松结合不同灌溉制度条件下冬小麦碳水利用效率的响应机制。试验设计方法为裂区试验,主区为两种耕作方式:深松35 cm（S）和旋耕15 cm（R）;副区为三种灌溉处理:生育期内不灌水（I0）、拔节期灌溉60 mm（I1）以及拔节期和抽穗期分别灌溉60 mm（I2）。试验共6个处理,每个处理3次重复,共18个小区。试验针对冬小麦关键的水分消耗以及碳排放相关因子:产量、水分利用效率、碳排放效率、土壤固碳速率进行测算,该研究为华北平原冬小麦产区农田保育与农业生产可持续发展提供了坚实的理论支撑和实践先导。试验结果表明:1.土壤水分和农田蒸散量相同灌溉处理下,深松35 cm较旋耕15 cm能够有效增加冬小麦生育期内0–130 cm土层的土壤体积含水率和土壤贮水量,深松处理对土壤水分保持、提升效果优于旋耕处理。相反的,在相同灌溉处理下,深松处理的农田蒸散量低于旋耕处理,深松减少了土壤水分无效蒸发,减少农田耗水。土壤体积含水率、土壤贮水量以及农田蒸散量随着总灌水量的增加而升高。2.土壤呼吸和碳排放深松处理对土壤水分的固持效果优于旋耕处理,此外,深松增加土壤孔隙率,加速土壤中气体的迁移和扩散,并且深松为冬小麦根系生长发育提供更好的环境,在此水分和土壤条件下,深松处理显著提高了土壤呼吸速率,导致总碳排放量的增加。与不灌水处理相比,灌水处理显著提升了土壤呼吸速率和土壤总碳排放量。3.光合作用和干物质积累随着灌水量增加,冬小麦的光合性能和干物质积累量显著提高。在更好的水分条件下,与旋耕相比,深松处理提高了旗叶叶绿素含量,同时延缓了生育后期旗叶叶绿素含量的下降,保持生育后期相对较高的净光合速率,因此具有更高的地上部干物质积累量,为冬小麦光合同化有机物质积累和产量形成提供生理基础。4.产量和水分利用效率2019–2021年籽粒产量最优处理为深松结合拔节期和抽穗期分别灌溉60 mm处理,但该处理的碳排放量高于深松结合拔节期灌溉60 mm处理。上述两处理的碳排放效率和固碳量均处于较高水平,且两者之间无显著差异。但深松结合拔节期灌溉60 mm处理的水分利用效率显著高于其他处理。结果表明,深松35 cm结合拔节期灌溉60 mm处理是综合提高华北平原冬小麦碳排放效率和水分利用效率的高效生产模式。