水分和氮素是影响干旱地区春小麦生产的主要限制性因素,盲目增加灌溉量和氮肥量不仅浪费资源,甚至造成环境污染,推广节水灌溉和科学施氮的生产方式对定西等干旱地区的可持续发展具有重要意义。为此,本研究进行了不同水氮处理田间试验,试验采用完全随机裂区设计,以W0(0mm)、W1(50mm)、W2(100mm)、W3(150mm)、W4(200mm)为主处理,N0(0kg/hm~2)、N1(62.5kg/hm~2)、N2(102.5kg/hm~2)、N3(152.5kg/hm~2)为副处理,研究了不同水氮处理下春小麦氮素积累、转运及利用、产量及水分利用效率、土壤碳氮磷化学计量特征的变化,以提高小麦水分利用效率、氮素利用效率和产量为目标,探寻该地区春小麦高产高效的水氮管理模式。主要研究结果如下:(1)灌水、施氮及两者的交互作用显著影响着小麦的氮素积累、转运及利用。随灌水量、施氮量的增加,小麦(植株、营养器官、籽粒)氮素积累量逐渐增加,增幅逐渐减小,而小麦营养器官氮素转运量、营养器官氮素转运率、营养器官氮素对籽粒的贡献率、氮素收获指数、氮肥吸收利用率先增加后减小,在灌水量为150mm、施氮量为102.5kg/hm~2的条件下达到最大值。(2)随生育进程的推进,小麦植株氮素积累量逐渐增加,小麦营养器官(叶、茎鞘、穗颖)氮素积累量呈先增加后减小的趋势,小麦籽粒氮素积累量逐渐增加;成熟期小麦各器官积累的氮素比例大小为:籽粒>茎鞘>叶>穗颖,营养器官对籽粒氮素积累的贡献率大小为:叶>茎鞘>穗颖。(3)灌水、施氮及两者的交互作用显著影响着小麦的产量及水分利用效率。随灌水量、施氮量的增加,小麦穗数、穗粒数、生物量逐渐增加,小麦千粒重及籽粒产量先增加后减小,在灌水量为150mm、施氮量为102.5kg/hm~2的条件下达到最大值;随灌水量、施氮量的增加,小麦耗水量逐渐增加,小麦水分利用效率呈先增加后减小的变化趋势;耗水量与生物量之间呈线性关系,耗水量与产量之间呈二次曲线型关系,耗水量与水分利用效率之间呈二次曲线型关系。(4)灌水、施氮影响着研究区土壤的碳氮磷化学计量特征值,随灌水量、施氮量的增加,土壤有机碳含量逐渐降低;随灌水量的增加,土壤全氮含量逐渐降低,随施氮量的增加,土壤全氮含量逐渐升高;随灌水量的增加,土壤全磷含量基本无变化,随施氮量的增加,土壤全磷含量逐渐降低;随土层深度的增加,土壤有机碳、全氮、全磷含量逐层降低。随灌水量的增加,土壤C:N呈“升-降-升”的变化趋势,N:P、C:P呈逐渐降低的趋势;随施氮量的增加,土壤C:N呈逐渐降低的趋势,N:P、C:P呈逐渐升高的趋势。综合考虑各处理下小麦水分利用效率、氮素利用效率、产量等因素,施氮量与灌溉量控制在N2(102.5kg/hm~2)、W3(150mm)水平下既平衡了春小麦营养生长与生殖生长的关系,同时促进了小麦对氮素的积累及转运,获得较高的水分利用效率、氮素利用效率及小麦籽粒产量,是符合当地生产条件的较优水氮组合。