一膜两年用结合水氮运筹提高小麦水分利用效率的作用已经试验和生产实践验证,但该措施影响水分利用效率的内在机制是什么,如何进一步挖掘其技术潜力仍缺乏理论依据。2019-2020年,设置2种耕作方式:免耕一膜两年用（NT）和传统耕作（CT）,2个灌水水平:传统灌水(I2,2400 m3·hm-2)和传统灌水减量20%(I1,1920 m3·hm-2),3个施氮水平:施纯N 225 kg?hm–2（N3）、180 kg?hm–2（N2）和135 kg?hm–2（N1）,组成三因素裂区试验,探讨不同处理对小麦群体、叶片和细胞水平水分主要生理、生态特征的影响,解析不同处理提高小麦水分利用效率的内在机制。主要结论如下:（1）免耕一膜两年（NT）用较传统耕作（CT）显著提高了小麦的光合能力,与传统灌水和施氮（I2N3）处理相比,传统灌水结合减量施氮20%（I2N2）处理同样显著提高了小麦光合作用。与CT相比,NT使小麦生育期平均叶面积指数、光合势、叶绿素相对含量、光合速率,气孔导度、蒸腾速率和胞间CO2浓度分别提高了29.3%、14.8%、8.2%、19.4%、4.7%、6.1%、4.1%;小麦实际光化学效率以及光化学猝灭系数分别提高了13.4%和6.8%。减量灌水和减量施氮使得小麦光合速率呈递减趋势,I1较I2降低了10.1%,N1和N2较N3分别降低了9.7%、12.5%。但NTI1N2处理下与对照（CTI2N3）处理小麦的光合速率无显著差异。说明在减少灌水和施氮量时,小麦光合速率降低,而免耕一膜两年用可减缓这种负效应。（2）NT较CT显著降低了小麦冠层透光率、群体CO2浓度以及群体相对湿度。NT较CT处理下全生育期小麦群体CO2浓度、小麦群体相对湿度、小麦冠层透光率分别降低了5.4%、6.4%、21.8%。减量灌水对其无显著影响,减量施氮对其影响显著。说明与对照处理相比,免耕一膜两年用结合水氮运筹可以显著改善小麦的群体结构,通过协调各因子之间的关系提高小麦产量。（3）NT显著提高小麦农田的土壤含水量,而灌水和施氮对其影响不显著。与CT相比,NT条件下小麦土壤含水量苗期至拔节期提高了4.3%;灌浆期提高了7.5%,全生育期耗水量无显著差异。但NT显著降低了农田棵间蒸发量（E）,和蒸散比（E/ET）,配以水氮均减量20%处理进一步强化了其降低E和E/ET的作用。与对照（CTI2N3）相比,NTI1N2处理全生育期E和E/ET分别降低了25.3%和26.1%。（4）NT较CT增产优势明显,且水分利用效率显著提高;而减量灌水和施氮导致小麦产量降低,但减少灌水量提高了水分利用效率。NT较CT小麦增产13.4%,WUE提高了9.2%。I1较I2减产5.9%,但WUE提高了5.8%;N1较N3减产16.0%,N2和N3无显著差异,三者WUE差异不显著。与对照（CTI2N3）处理相比,NTI1N2处理在保持与其相当的籽粒产量的同时,显著降低了耗水量,从而获得更高的WUE。