西北旱地是我国典型雨养旱作区,降水时空分布严重不均,水分不足是该区域作物生产的主要限制因素。覆膜栽培能改善土壤水热条件,提高作物产量,在我国旱地农业生产中被广泛应用。然而,覆膜栽培传统的施肥方式（PM1,肥料撒施后起垄）花后土壤水氮供应不足,导致小麦籽粒蛋白质含量降低。优化施肥方式是解决当前小麦生产问题的有效途径之一。尽管近年来已有不少关于优化氮肥管理对作物品质的研究,但针对旱地覆膜栽培冬小麦种植体系,从花后土壤水氮空间分布耦合入手,以调控籽粒产量和蛋白质形成为目标的研究相对较少。因此,通过田间试验探究优化施肥方式对覆膜栽培冬小麦花后土壤水氮空间分布及动态变化的调控,并基于15N同位素示踪法查明花后小麦对氮素的吸收与转运,结合籽粒蛋白质形成和累积过程的协同分析,为旱地小麦丰产优质生产提供理论依据和实践经验。主要研究结果如下:（1）优化施肥方式提高覆膜栽培体系冬小麦产量和籽粒蛋白质含量。与PM1相比,PM3（膜侧、种下条施化肥）使冬小麦成熟期籽粒产量和蛋白质含量分别提高5%和9%。查明PM1降低籽粒蛋白质含量的主要原因是花后14-48天籽粒形成过程中使醇溶蛋白含量降低7%–14%。PM3能够增加籽粒蛋白质含量主要归因于花后14-48天醇溶蛋白含量提高11%–60%。PM2（种下、沟内条施化肥）对提高籽粒产量和蛋白质含量无显著效果。因此,旱地覆膜栽培体系下采用优化施肥方式为相同施肥量条件下同步提升作物产量和品质提供潜在机遇。（2）优化氮肥施用方式提高小麦氮素吸收利用。采用15N同位素示踪法查明对于覆膜栽培冬小麦种植体系,籽粒和茎叶总氮累积量的差异主要来自于化学氮肥。PM3增加化学氮肥对花后籽粒氮素吸收的贡献51%–89%,使花后14、28和48天茎叶吸收来自化学氮肥的氮素分别提高39%、71%和55%。研究结果表明,花后茎叶累积氮素的表观转运再吸收贡献了成熟期39-56%的籽粒氮素积累量。对于覆膜栽培冬小麦种植体系,成熟期籽粒氮素积累的差异主要来自花后小麦地上部氮素吸收。进一步查明PM3通过提高小麦花后地上部吸氮量（7%–17%）促进地上部吸收的氮素向籽粒直接分配,使花后14、28和48天籽粒氮素累积分别提高29%、16%和15%。同时,PM3花后0-48天使小麦地上部吸收化学氮肥增加73%。研究结果表明,花后小麦对化学氮肥和土壤氮的动态吸收和再转运是不同的,即优化施氮方式PM3对花后茎叶累积总氮的表观转运无显著影响,但增加了花后茎叶累积15N的转运。因此,我们需要更加关注提高化学氮肥和土壤氮的供氮能力,促进花后小麦对不同氮源氮素的吸收与再转运,提高籽粒氮素累积及蛋白质含量。（3）优化氮肥施用方式提高花后水氮供应。与PM1相比,PM3使开花期小麦行和沟内10–20 cm土层土壤贮水量分别增加11%和12%,使成熟期垄上10–20 cm土层土壤贮水量增加10%。氮肥施用方式和土壤水热条件共同调节氮素在土壤中的空间分布,从而影响小麦花后对氮素的吸收利用。结果表明PM3在开花期和成熟期使垄下0–10 cm土层土壤硝态氮累积量分别降低73%和83%,同时,使开花期小麦行0–10 cm土层土壤硝态氮累积提高94%,改善了土壤氮素空间分布,提高花后土壤氮素供应能力。采用15N同位素示踪法查明PM3增加化学氮肥对籽粒氮素累积贡献的直接原因是使小麦行0–20 cm土层化学氮肥供给增加了146%。因此,采用优化施肥方式能改善旱地覆膜栽培体系氮素空间分布,有效缓解土壤氮素的无效利用及淋失损失,提高花后氮素供给,有利于小麦花后氮素吸收利用。综上所述,面对旱地覆膜栽培冬小麦体系增产提效压力,优化施肥方式通过改善花后土壤氮素养分和水分空间分布,挖掘膜下土壤水氮利用的潜力,协同提高花后地上部氮素吸收及籽粒氮素累积过程,进而提高籽粒蛋白质含量,对旱地覆膜栽培体系小麦丰产优质生产提供理论依据和实践经验。