本试验于2008-2010年在山东农业大学黄淮海区域玉米技术创新中心（N36°18′,E117°12′）和山东农业大学作物生物学国家重点实验室进行。以不同氮素利用效率的玉米品种为试验材料,通过设置不同水肥处理,系统研究不同氮效率夏玉米的根系特性、和氮素、水分高效利用的生理机制。主要研究结果如下:1水氮耦合对不同基因型玉米产量的影响增施氮肥和增加灌水量均使玉米生物量、籽粒产量和收获指数显著升高。同等氮素水平下,施无机肥处理生物量和籽粒产量均显著高于施有机肥处理,氮高效品种的生物量和籽粒产量显著高于氮低效品种,LY13产量比LD981平均高34.01%,ZN99产量比LN14平均高32.76%。氮高效品种的收获指数显著高于氮低效品种,产量构成因素中千粒重优势显著。2水氮耦合对不同基因型玉米的根系特性的影响随施肥量和灌水量的增加根系活力显著提高。氮高效品种LY13根系形态结构和空间分布较氮低效品种LD981更为合理,其深层根系数量的增加更有利于其充分利用深层土壤的稳定环境维持较高的根系活性,延缓根系衰老,从而吸收更多的水分和养分,满足籽粒生长期氮素吸收的要求。水分胁迫显著降低了根系活力,且氮低效品种LD981下降更为明显,限制了对水分和养分的吸收,最终限制了地上部植株生长和产量形成。3水氮耦合对不同基因型玉米光合特性的影响施氮和灌水显著提高了玉米花后净光合速率高值持续期、光合色素含量、叶面积指数高值持续期、实际光化学效率和最大光化学效率,氮高效品种LY13的提高幅度更大。氮高效品种的光合速率和叶面积指数的高值持续期、光合色素含量显著高于氮低效品种LD981,有利于积累更多的光合产物,一方面为根系强大和后期的高活力提供保障,另一方面为籽粒灌浆提供充足的物质来源。4水氮耦合对不同基因型玉米氮素利用的影响随施氮量和灌水量的增加氮素积累显著增加,氮高效品种增加幅度高于氮低效品种,与施有机肥相比,施无机肥处理提高了作物吸氮量。氮高效品种具有明显的氮素积累优势,向籽粒中运转的营养物质多,具有较高的氮素输出率、贡献率和氮素利用率。土壤中的硝态氮含量和氨挥发量随施氮量的增加而增加,同等氮素水平下,施无机肥处理显著高于施有机肥处理。随灌水量的增加,硝态氮向土壤深层淋洗加剧,氨挥发速率增加。随生育时期的推进,施无机肥加剧了硝态氮的淋溶,施有机肥处理减少了硝态氮在土壤中的残留。与施有机肥相比,施无机肥显著增加了氨挥发损失量,施无机肥处理氨挥发速率的峰值达到6.74 kg N·hm^-2·d^-1,氨挥发损失率最高为52.94%。施有机肥处理氨挥发速率峰值达到2.97 kg N·hm^-2·d^-1,氨挥发损失率最高为18.90%。5水氮耦合对不同基因型玉米水分利用的影响增施氮肥提高了水分利用效率,施无机肥处理籽粒和干物质水分利用效率均显著高于施有机肥处理。增加灌水量,籽粒产量和干物质积累量提高,水分利用效率降低。氮高效品种ZN99籽粒和干物质水分利用效率均显著高于氮低效品种LN14,说明氮高效品种同时也是水分高效型品种。