当前我国农业的主要矛盾由总量供给不足转变为结构性矛盾。针对小麦来说就是劣质中筋小麦供过于求,而优质的高筋、低筋小麦则供给不足。因此在保证口粮绝对安全的前提下增加优质小麦产量是提高农民收入,解决农业供给侧改革的主要方法。水氮管理则是小麦提质增效的重要措施之一。水氮管理对冬小麦品质影响的研究已经很多,但是籽粒灌浆过程的量化模拟研究相对较少且机理性不强。本研究以西北地区主要粮食作物小麦为研究对象,通过两年冬小麦大田水氮管理试验,量化分析和描述冬小麦农田生态系统内主要物理、化学、生物以及作物生理过程,构建CERES-Wheat模型的冬小麦品质模拟模块,对水氮管理措施条件下冬小麦籽粒蛋白质和氨基酸的模型模拟。然后,借助改进的CERES-Wheat模型,从品质角度优化关中地区冬小麦水氮管理制度,明晰气候变化对陕西冬小麦品质的影响,并提出应对措施。同时,本研究验证了烘焙品质模型Sirius Quality2在关中地区冬小麦的适用性,并评估其对不同程度水氮胁迫响应的能力。另外,小麦制粉品质主要使用结构方程模型通过籽粒特性进行精准模拟。研究主要结果如下:（1）小麦产量及其构成要素和面团流变学特性均随施氮量的增加呈先增加后降低趋势,而随ET的增加而增加。制粉品质各因素随施氮量的增加基本上呈先降低后增加趋势,而随ET的增加而降低。蛋白质浓度（GPC）、必须氨基酸浓度（EAA）和赖氨酸浓度随施氮量的增加而增加。（2）水氮胁迫导致了氮-蛋白质转化系数（Fp）的下降。实测Fp在5.14-5.86之间,水氮耦合胁迫的最小值(SMIN)与Fp之间存在显著的负相关关系（P＜0.001）。基于Fp的GPC的相对均方根误差（RRMSE）为0.072,基于常用定值系数5.70的GPC的RRMSE为0.098。采用可变Fp值（考虑水氮胁迫）计算的GPC比基于5.70的Fp值计算的GPC更为精确。（3）基于改进的CERES-Wheat模型,16种水氮胁迫处理的GPC、EAA和赖氨酸模拟值与实测值之间的RRMSE均小于10%,模拟结果极好。在严重氮胁迫条件下,模拟产量被低估。在轻微氮胁迫下,GPC、赖氨酸和EAA被高估。（4）利用改进的CERES-Wheat模型,基于品质优化关中地区冬小麦水氮管理措施。越冬期灌溉120 mm,施氮量262.5 kg hm-2的水氮管理最适合关中地区的气候条件,可以同时实现优质、高产、稳产的目的。（5）利用改进的CERES-Wheat模型模拟气候变化和灌溉对冬小麦品质的影响。气候变化和灌溉对陕西所有气候区均有利,RCP8.5情境下的产量增幅高于RCP4.5。湿润和半干旱地区的GPC在RCP4.5和RCP8.5上有所增加,而半湿润地区的GPC有所下降。半干旱地区的GPC对气候变化有积极的响应,湿润和半湿润地区的GPC则有消极响应。（6）烘焙品质模型Sirius Quality2可以很好地模拟不同水氮胁迫条件下冬小麦生长和籽粒蛋白质组分发育的动态变化。然而,有关蛋白质积累的参数设置的不合理或相关参数没有考虑水氮胁迫是模型模拟不准确的主要原因。（7）基于黄淮地区北部617个独立样本的结构方程建模,结果表明:1)容重对出粉率影响最大,其次是硬度指数;2)含水量、降落数值、粗蛋白更多是通过容重和硬度指数间接作用影响出粉率;3)容重和硬度指数可以通过容重和硬度指数的乘法效应很好地预测出粉率,可以确定出粉率变化的68%。回归方程的RRMSE为0.012,小于0.1。模拟结果良好,回归方程可以较准确模拟预测出粉率。烘焙品质、营养品质和产量随施氮量的增加基本呈现先增加后降低的趋势,制粉品质与其规律完全相反。水氮胁迫导致了Fp的降低,氨基酸组分受GPC的影响最大。基于CERES-Wheat的营养品质模型可以准确模拟GPC、赖氨酸和EAA。品质模型在制定水氮管理制度和分析气候变化影响方面得到很好的应用。通过作物模型或者新的统计方法,出粉率和蛋白质组分都可以被较为准确的模拟