农业水肥利用效率低下已成为我国农业生产中普遍存在的问题,随着粮食需求量的不断增加,这一问题变得日趋严重。关中平原作为陕西省的主要小麦产区,其小麦总生产量约占全省总产的百分之六十左右。在农业生产过程中,不科学的氮肥施用方式以及不合理的灌溉方式显著降低了水氮利用效率,并且导致日益严重的环境污染问题。为此,本研究以关中平原冬小麦为研究对象,将田间试验、田间微区试验相结合,利用¹⁵N同位素示踪技术,探究不同水氮运筹模式下肥料氮的去向;通过监测土壤NH₃排放,明确不同水氮运筹模式对麦田土壤氨挥发的影响机制;在室内可控条件下研究土壤氨挥发影响作物根系生长的机理及其品种间差异,最后对不同水氮措施条件下作物产量、氮肥利用以及环境效应进行综合评价,明确关中平原地区适宜的水氮管理措施。本研究得出的主要结论如下:（1）与雨养处理相比,补灌处理能明显提高冬小麦产量及其产量构成因子,在干旱年份（2015-2016）增产达50%-60%。同时补灌处理显著提高了小麦株高、叶面积指数以及地上部生物量。施氮水平对冬小麦产量及产量构成因子影响显著,均随着施氮量增加而增加,在240 kg N hm^-2的施氮量条件下,产量最高;当施氮量继续增加至360 kg N hm^-2后,产量及其构成因子显著降低。小麦相关生长指标（株高、叶面积指数及生物量等）均与产量呈现出相似的变化规律。（2）与氮肥全部基施的处理相比,分批施肥能提高冬小麦的株高、叶面积指数以及地上部生物量;不同施氮量之间的籽粒产量差异显著,其中相同施肥方式下施氮量为240kg N hm^-2的处理产量最高。在施氮量为240 kg N hm^-2时,与全基肥处理相比,分批施肥处理的产量及穗数分别增加了8.6%和5.7%。（3）小麦不同器官的氮素含量随着施氮量的增加先增加后降低,相同施氮量下补灌处理的氮素含量高于雨养处理;成熟期小麦不同器官含氮量的高低为茎+叶鞘<颖壳+穗轴<叶片<籽粒。不同处理中,氮素在冬小麦各个器官中的分配比例及积累量之间存在显著差异。冬小麦氮积累量随着施氮量的增加呈先增加后降低的趋势,相同施氮水平下雨养处理低于补灌处理。在成熟期冬小麦各器官中氮素积累量的高低为叶片<颖壳+穗轴<茎+叶鞘<籽粒。相同水分处理中,冬小麦的氮肥偏生产力、氮素吸收效率、氮素生理效率和氮肥农学效率均随施氮量的增加而逐渐降低,不同水分处理之间的差异不显著。在同一施氮量条件下,分批施肥处理的不同器官氮素含量低于全基肥处理。冬小麦不同器官的氮素积累量也存在显著差异,其氮素积累量高低为叶片<颖壳+穗轴<茎+叶鞘<籽粒。冬小麦的氮肥生产效率、农学效率和生理效率随着施氮量的增加而降低,在不同的施肥方式条件下差异不显著。（4）施氮水平显著影响氨挥发速率,氨挥发与施氮量之间存在显著的正相关关系。同时补灌处理能够降低氨挥发速率以及总积累量。在相同的施氮量条件下,不同的施肥方式之间氨挥发速率存在显著差异,分批施肥处理的氨挥发速率及累积量均低于全基肥处理。0-40cm的土壤含水量以及土壤硝铵态氮浓度显著影响土壤的氨挥发损失,并且土壤含水量与氨挥发损失之间通常情况下存在显著的正相关关系;土壤铵态氮浓度与氨挥发速率之间也存在着显著的正相关关系。（5）通过室内模拟试验,施用尿素后产生的氨挥发显著抑制了种子的萌发及根系的生长。随着氮浓度的增加,氨挥发量从9.69增加到121.9 mg/pot,显著降低了种子的发芽率及出苗整齐度,其中西农979、武麦148以及西杂5号的发芽率、发芽指数等指标最低降为0,幼根的生长在最高氮浓度条件下完全被抑制;晋麦47、长旱343和长旱58的发芽率和发芽指数等指标最低降到50%以下,幼根的生长也被抑制。在氮浓度为零的情况下,小麦根毛生长良好且密度大,而在高氮水平下,其根毛的直径、长度以及密度都受到了抑制,尤其根毛的长度减少了约1倍。根据分析氨挥发对不同品种冬小麦幼苗早期生长的影响得出幼根比幼芽对氨毒害更敏感。不同品种对氨毒害的反应也存在显著性差异,长旱58和长旱343对氨毒害抗性较强。