水氮供应对冬小麦的保产增产有着举足轻重的作用。然而,不合理的水氮施入不仅对冬小麦的生长有害,还会造成环境污染和资源浪费。同时,资源的紧缺和粮食需求的增加无疑对增产和资源利用效率提出了更高的要求。因此,本研究以2009-2012年冬小麦3个水分处理(充分灌溉,70-80%;轻度亏缺灌,60-70%;中度亏缺灌,50-60%田间持水量)和3个施氮处理(高氮,180 kg N hm-2;中氮,135 kg N hm-2;低氮,90 kg N hm-2)耦合的小区试验为依托,分析了不同水氮条件下冬小麦的耗水规律和吸氮规律,以及耗水和吸氮与产量的关系。同时,综合考虑调查资料和文献,结合长时间序列气象资料,并借助DSSAT(Decision Support System for Agrotechnology Transfer)-CERES(Crop Estimation through Resource and Environment Synthesis)-Wheat作物模型,分析了水氮和气象因子对冬小麦产量的影响,建立了该地区冬小麦长时间序列的灌溉制度,综合分析了冬小麦产差及其原因,并提出了相应的措施。研究取得了以下主要结果:(1)分析了不同水氮条件下冬小麦的耗水吸氮规律及其与产量的关系。结果表明,在灌溉和施氮均高的条件下,冬小麦的总耗水量最大,但各阶段的耗水量和耗水强度不同。播种~拔节和抽穗~收获的耗水量大于拔节~抽穗的耗水量,拔节~抽穗和抽穗~收获的耗水强度大于播种~拔节,拔节~收获的耗水模数在0.55以上。2009-2011年播种~拔节的耗水量基本不受分蘖前期轻度亏缺的影响,中度亏缺灌(分蘖前期)和中度亏缺灌(拔节初期)组合对耗水量影响显著,其他组合对耗水量影响不显著。在2011-2012年,水分胁迫的变化会引起第一第二阶段耗水量的显著变化。生长末期的水分胁迫对耗水量的影响不显著。冬小麦茎叶的氮累积量在营养生长期较高,在生殖生长期会降低,冠层的氮累积量始终呈递增趋势。高水高肥对氮素的累积有正效应,而低水低肥对其的累积有负效应。在各处理施氮相同的情况下,产量随耗水先增大后减小。但是,当各处理施氮不同时,这一关系会改变,且相关指数降低。冠层氮累积量和籽粒氮含量与产量的相关性互补。耗水量和冠层氮累积量与产量的非线性关系表明水氮对产量的贡献为水大于氮。(2)探讨了可扩展水氮试验的CERES-Wheat模型在关中地区的适用性。结果表明,地上部生物量、产量、叶面积指数、冠层氮累积量、腾发量、水分利用效率和氮偏生产力的模拟值与实测值的归一化均方根误差皆小于21%,校正参数可接受。叶面积指数与施氮正相关,且受到灌溉和施氮的交互影响。在成熟期,腾发量和冠层氮累积随灌溉的增加而增加,腾发量和冠层氮累积对施氮的响应有类似的趋势。此外,在灌溉较少的情况下,灌溉对腾发量的作用受到不同施氮的影响。施氮对水分利用效率和氮偏生产力有很大影响,但灌溉对二者的影响不显著。模型敏感性分析表明除与时间有关因子的诸多因子外,产量对田间持水量最敏感。与其他时间相关因子相比,播种时间对产量有极显著影响。因此,模型可用于评价和优化该地区的农业资源管理利用。(3)明确了不同水氮和气候对产量的影响。基于60mm(2003-2004和2007-2008年)的灌水定额和文献中的施氮(0~300kgnhm-2,60kgnhm-2一个间隔)设定4个假定方案,应用ceres-wheat模型进行分析。结果表明,2009-2012年试验条件下的产差为0.39~5.37thm-2。该地区合理的施氮范围为120~180kgnhm-2,灌溉对产量的影响大于施氮对产量的影响,要缩小产差优先考虑优化灌溉制度。灌溉和气候对产量的贡献要大于施氮和气候对产量的影响,而且,产量对灌溉的响应受气候的影响大于产量对施氮的响应。灌溉和施氮对产量的贡献率会随它们的增加而变化,而气候对产量的贡献率受水氮的影响,水或水氮两因子会削弱气候对产量的贡献。在有灌溉和施氮的情况下,太阳辐射与产量显著相关,反之,降水与产量显著相关。相对湿度和最高温度在所有情况下始终与产量呈显著相关关系。(4)进一步分析了水对产量的影响,并通过产量反推出冬小麦在不同降水条件下的灌溉制度。用标准化降水指数(干旱指标)将长时间序列生长季划分为三组(湿润、正常和干旱)。基于2003-2004和2007-2008年的试验,应用ceres-wheat模型进行长时间序列(1955-2012年)的模拟来确定不同生长季的灌溉制度。通常用产量和水分利用效率来评价灌溉制度。采用归一化法将二者赋予不同权重并转化为一个无量纲的值,用此值来判定最优灌溉制度。结果表明,2003-2004和2007-2008年试验条件下的产差为1.08~4.24thm-2,且不同生长季范围不同。2003-2004和2007-2008年的试验观测产量与ceres-wheat模型模拟产量吻合度较好。归一化模拟值和实际计算值在产量的权重为0.6和水分利用效率的权重为0.4时,最大值对应处理相同,且归一化均方根误差较小。因此,用这两个值将产量和水分利用效率转化成一个无量纲值,确定了冬小麦2003-2004和2007-2008年的优化灌溉制度为:2003-2004年的灌溉制度为75mm(12月19日)+75mm(4月10日);2007-2008的灌溉制度不变,仍为75mm(1月3日)。至于长序列生长季的灌溉制度,不同类型生长季的灌溉制度可能会相同,而相同类型生长季的灌溉制度可能会不同。正常生长季的可选灌溉制度几乎包含所有的灌溉制度;干旱生长季的灌溉定额相对大于湿润生长季的灌溉定额。(5)揭示了关中地区冬小麦潜在产量变化趋势,确定了该地区产差的幅度,讨论了产差成因,并提出了缩小产差的可行措施。气候变化引起了潜在产量的降低。气候因子中太阳辐射、最高温度和相对湿度与潜在产量极显著相关,而降水则与其不相关。该地区产差为0~6 t hm-2。各市区的产差各异,各市县的长时间序列和短时间序列的产差亦如此,且不同估算方法的产差也不同。岐山县、乾县和三原县冬小麦长时间序列产差的趋势与潜在产量一致;短时间序列模拟产差蒲城县最高,户县最低。宝鸡峡灌区模拟产差远大于农民实际收获的产差,而且农户间的产量相差较大,以致产差相差较大。根据陕西省农业投入与产量的关系,该地区产量的增加归因于施肥、农艺措施、灌溉等投入的增加。关中地区各市县农业投入的分析表明,产差低的市县施肥、农艺措施使用合理。文献数据分析表明品种的选择不当,施肥灌溉不合理,施肥方式不同,播种密度不适量以及管理措施与农艺措施的不当组合都是引起该地区产差的原因。因此,要提高该地区冬小麦产量、缩小产差就需选用适宜品种、合理施肥灌溉、适量播种,并有效结合农艺措施。