在粮食生产中农民大量施用氮肥，氮肥利用率低，造成了土壤中硝态氮的大量残留累积，对地下水的环境构成了极大的威胁。针对以上问题，本文以我国北方最常见的粮食作物冬小麦和夏玉米为研究对象，采用¹⁵N同位素标记以及不同水氮管理的土柱试验与田间试验相结合的方法，研究了冬小麦不同生育期对不同深度¹⁵N的吸收，确定冬小麦主要生育期根系对土壤深层累积硝态氮的再利用能力，同时通过水肥调控促使根系深扎，利用根系去吸收淋溶至深层土壤中的硝态氮，提高水肥利用效率，减轻养分淋失对环境的潜在危害，为土壤硝态氮的作物利用提供一定的科学依据及技术支持，为农业持续发展作出一定的贡献。主要研究结果如下：（1）冬小麦根系主要集中在0-40cm土层，且随着土层的加深而呈指数下降，总长度、总干重在孕穗期达到最大，拔节期、孕穗期N400处理大于N200，成熟期春灌2水处理总根长最大。夏玉米根系主要集中在0-20cm土层，且根长密度及根干重密度均随土壤深度增加而降低，施氮量和灌水量对其分布影响不大。（2）年施氮量为400kg/hm²时比200kg/hm²能显著增加冬小麦的籽粒产量，灌水量对其无显著影响，但春灌3次>春灌2次>不灌水，其中N400TD处理产量最高，为6161.77kg/hm²，显著高于N200T0处理。施氮量和灌水量均对夏玉米的籽粒产量无显著影响，其中N200TM处理产量最高，为9700.04kg/hm²。冬小麦-夏玉米总产量间无显著差异，但冬小麦季灌2水、夏玉米季灌1水的灌水处理利于总产量的提高。施氮量和灌水量对冬小麦和夏玉米的吸氮量均无显著影响，也不会影响氮素在二者体内的分配，灌水可以显著提高冬小麦对氮素的利用，但对夏玉米无显著影响，在高产农田上增加施氮量会使冬小麦、夏玉米对氮素的利用效率降低。（3）增加灌水量，可以显著增加冬小麦季土壤含水量，尤其是140cm以上土层，而夏玉米季灌2水处理才能显著增加60cm以上土层含水量，而对于120cm以下土层则主要受施氮量的影响，N200处理大于N400处理。施氮量的增加会显著提高作物收获后土壤中硝态氮的残留累积量，且灌水量的增加会促进硝态氮向下的淋失，夏玉米季硝态氮的累积峰深度大于冬小麦季。（4）冬小麦的生物量、吸氮量、¹⁵N吸收量及利用率均随着生育时期的延长而逐渐增加，在同一生育时期，其随着标记深度的增加而降低。各标记处理的硝态氮及¹⁵N累积峰均在其标记深度附近，硝态氮上下运移的范围为70cm。（5）60cm及120cm灌水施肥冬小麦的生物量、吸氮量及对氮肥的利用能力显著大于180cm灌水施肥，浅层灌溉有利于冬小麦对深层硝态氮的吸收利用，在有水存在时，可以提高冬小麦对氮肥的吸收利用率。深层灌水施肥对冬小麦吸收表层标记硝态氮没有显著影响，平均占总吸氮量的3.53%，大于下层标记硝态氮。（6）在冬小麦整个生长时期，充足的土壤墒情是保证冬小麦生长的必要条件，地面蒸散、降水及作物吸收对土壤含水量的影响随着土层深度的增加而减弱，对应深度灌水可以明显增加该深度下层45cm内土壤水分含量。