目前环境中的CO2浓度逐年上升,水肥资源的不合理利用都严重影响设施蔬菜的生产过程,为了应对CO2浓度升高对水肥调控的影响,实现精准化的水气肥管理模式,本研究以小型礼品西瓜为试验材料,探究温室CO2浓度、氮肥和灌水三因素耦合对西瓜综合生长的影响。试验开展了三个茬次:2019年春（5-7月）、2020年春（5-7月）和2021年春（4-6月）。采用裂区试验设计,以CO2浓度为主裂区,氮肥为次裂区,灌水再次之,设置了两个CO2浓度水平（C1:400ppm和C2:800ppm）、两个氮肥水平（N1:644.04 kg/hm2和N2:1288.09 kg/hm2）和三个灌水水平（I1:80%ET、I2:100%ET和I3:120%ET）,完全组合共计12个处理。连续三茬测定了叶片数、叶面积、干物质积累3个生长指标;净光合速率、蒸腾速率、胞间CO2浓度、气孔导度、叶绿素5个光合指标;公顷产量;可溶性固形物、可溶性总糖、可溶性蛋白、维生素C、番茄红素5个品质指标;灌溉水利用效率、氮肥利用效率2个效率指标。2020和2021年还测定了游离氨基酸、硝酸盐2个品质指标;果实氮含量、果实磷含量、果实钾含量3个养分吸收指标。分析了CO2浓度与水氮耦合对各指标的调控效应,引入TOPSIS法对12个西瓜生长的特征指标进行了综合评价,最终通过对综合评价值进行解析,确定了CO2浓度加富下的最佳水氮管理模式,具体的结果如下:（1）CO2浓度、氮肥和灌水均对叶片数有显著影响,增施CO2和氮肥用量显著促进了叶片数,其中增施CO2对N1下的叶片数改善明显,三年分别提高13.5%、11.5%和6.8%。增施CO2则对叶面积抑制显著,其中2019和2020年分别降低了37.0%和25.7%;灌水对叶面积影响显著,表现为I3＞I2＞I1。在2019和2020年均发现增施CO2对干物质积累的促进作用,灌水对干物质积累也存在显著影响,I2水平整体表现最优。（2）CO2浓度显著影响了所有光合指标,其中净光合速率、胞间CO2浓度及叶绿素含量在CO2浓度为800 ppm时数值更高,蒸腾速率及气孔导度则在增施CO2时受到抑制。增施氮肥仅对胞间CO2浓度促进明显,N2水平下三年分别提高12.3%、17.6%和12.2%。随着灌水量的增加,净光合速率呈现出先增后减的趋势;蒸腾速率和气孔导度则呈上升趋势,在I3水平下表现最好。交互效应中,CO2×I和CO2×N×I对叶绿素含量影响显著。（3）产量受灌水影响显著,表现为随灌水量的增加逐渐上升。CO2×N在2019和2021年呈现了显著交互作用,增施CO2改善了N1水平下的产量。在400 ppm的CO2浓度下,产量在N2水平下更高;而在800ppm的CO2浓度下,N1水平下的产量更优。（4）增施CO2对可溶性总糖有显著促进作用,三年分别提高2.7%、14.0%和3.2%。增施氮肥显著降低了番茄红素,也增加了硝酸盐的积累,但对游离氨基酸有促进作用。随灌水量的增加,维生素C和可溶性总糖先增大后减小,而可溶性固形物和可溶性蛋白则逐渐降低。CO2×N和CO2×N×I对维生素C和番茄红素交互作用显著,CO2×I对维生素C和游离氨基酸影响显著,I×N则对可溶性固形物有显著影响。（5）CO2浓度显著影响了果实元素含量,加富CO2可以促进果实氮含量和果实钾含量的积累;N2水平下果实磷含量略有升高,但与N1水平差异不显著。灌水显著影响着果实氮、磷、钾含量,随着灌水量的增加,果实氮、磷、钾含量均先增大后减小,在I2水平下有最大积累。除CO2×N之外,其它的交互作用均对果实氮含量影响显著;果实磷含量受所有交互效应影响显著;而果实钾含量仅受I×N影响显著。（6）氮肥和灌水对灌溉水利用效率和氮肥利用效率影响均显著。随着氮肥用量的增加,灌溉水利用效率逐渐上升,而氮肥利用效率逐渐降低;随着灌水量的增加,氮肥利用效率逐渐增大,而灌溉水利用效率逐渐降低。（7）采用TOPSIS法对叶片数、叶面积、干物质积累、净光合速率、产量、可溶性固形物、可溶性蛋白、可溶性总糖、番茄红素、维生素C、灌溉水利用效率、氮肥利用效率12个指标进行了综合评价,使用MATLAB软件对综合评价结果进行寻优,确定CO2加富后西瓜综合生长最优的水氮施用区间。2019年为（1177.20~1394.78m3/hm2,664.04~726.44kg/hm2）。2020年为（1120.04~1148.76m3/hm2,664.04~944.86kg/hm2）。2021年为（1252.37~1391.52m3/hm2,664.04~788.85kg/hm2）。因此,在未来高CO2浓度环境下,西瓜生产中可适当减少氮肥施用,节约资源并减少环境污染。