小麦氮素的高效利用受遗传因素、生态环境因素及栽培措施的共同调控。选用氮素高效利用基因型和合理的氮肥调控是目前提高小麦氮素利用效率的有效途径。因此深入研究小麦植株体内氮素利用的生理机制，对提高小麦氮素的利用效率具有重要意义。本研究在大田条件下，以宁麦9号，扬麦10，淮麦20和徐麦26为材料，研究了不同施氮水平下小麦叶片碳氮的时空分布特征及与氮素利用效率的关系。主要研究结果如下：1、明确了不同施氮水平对冬小麦籽粒产量、品质和氮素利用效率的影响。结果显示，提高施氮水平增加了不同品种籽粒产量、蛋白质和面筋含量，降低了淀粉含量，过量施氮则会降低产量。氮素吸收效率随施氮水平提高呈现先升后降的趋势，而氮素干物质效率、氮素产量效率和氮素农学效率则随施氮量的增加而降低。产量、蛋白质及干湿面筋含量与氮素干物质效率和产量效率都呈负相关，淀粉则相反。据不同品种NUE对氮肥的响应差异将供试品种分为4个类型：低效低响应型（宁麦9号），低效高响应型（淮麦20），高效低响应型（扬麦10），高效高响应型（徐麦26）。2、阐明了冬小麦不同生育时期冠层叶片氮素和碳素及碳氮比的时空分布特征及与植株氮含量和氮素利用效率的关系。结果表明，叶片氮含量在不同叶位间的分布都呈现顶1＞顶2＞顶3＞顶4的趋势。可溶性总糖含量随叶位的降低而升高，顶4叶有所降低，碳氮比则随叶位的降低而升高。随施氮水平的提高宁麦9号顶4叶氮含量与上3叶的差值增大。从时间变化看，不同叶位叶片氮含量在施氮处理下以药隔期最高，之后随生育进程而下降。可溶性总糖呈现下降的趋势，开花期有所上升。相关分析表明，不同生育时期叶片氮含量与植株氮含量大都呈显著或极显著正相关。拔节期顶4叶与顶1、顶2叶氮含量的差值(LND_4-1、LND_4-2)与植株氮含量的相关性最佳。可溶性总糖含量及碳氮比与植株氮含量都呈显著负相关。药隔期至开花期顶1叶和顶2叶氮含量与氮素干物质效率和氮素农学效率呈极显著负相关。3、研究了不同施氮水平对植株不同形态氮素的影响及与氮素利用效率的关系。结果表明，叶片蛋白氮和非蛋白氮含量随叶位降低而降低。游离氨基酸含量拔节期随叶位降低而增加，顶4叶有所降低，孕穗期至灌浆期则是随叶位而降低。叶绿素含量随叶位降低而降低。总氮及蛋白氮含量开花期和灌浆期与其余各形态氮都呈极显著正相关。相关分析表明，各叶片不同形态氮素含量与氮素干物质效率、氮素产量效率、农学效率和吸收效率呈负相关。各时期顶2叶游离氨基酸含量和叶绿素含量与氮素产量效率和农学效率达极显著负相关。顶1叶蛋白氮／非蛋白氮与氮素干物质效率、产量效率和农学效率呈显著正相关，顶2叶则呈显著负相关。4、揭示了不同施氮水平下不同类型小麦碳、氮代谢的变化特性及其与氮素利用效率的关系。结果表明，2品种旗叶光合速率、气孔导度和胞间CO₂浓度都在开花期达最大值，且都随施氮水平的提高而增加，过高施氮有所降低。叶片GS和GPT活性呈现顶1叶＜顶2叶＜顶3叶＜顶4叶的趋势，品种间略有差异，且都随施氮水平的提高而增加。提高施氮水平能增加小麦各营养器官的碳、氮转运量、转运率和对籽粒贡献率，过高施氮则有所降低。相关分析表明，顶1叶GS和GPT酶活性与氮素吸收效率呈显著负相关。叶片氮素和干物质转运量与氮素干物质效率达极显著负相关。5、研究了冬小麦不同生育时期冠层叶片叶色分布特征及其与营养诊断的关系。结果表明，叶片叶色（SPAD值）都随叶位降低而降低，开花期以前顶2叶略高于顶1叶。各叶片SPAD值都随植株氮含量的提高而增加，其中顶4叶增幅最大，顶1叶变化最稳定。相关分析表明，各叶片叶色与植株氮含量除拔节期和孕穗期的顶1叶外，都呈显著或极显著正相关。不同叶片SPAD值药隔期至开花期与氮素干物质效率和农学效率达显著负相关。叶色差异指数ILSD_4／1与植株氮含量呈极显著负相关，可以作为植株氮营养诊断的指标，但各自最适宜诊断时期并不统一。