黄土高原旱作农业区蒸发强烈，降雨后土壤表层迅速干旱，由于水分亏缺限制耕层养分通过质流（氮和硫）及扩散（磷和钾）向根系的运输，从而限制对水分和养分的吸收利用，导致作物产量及水分、养分利用率不高。如何通过有效的农业措施使作物充分吸收利用土壤水分和养分，提高产量，不仅是过去，也是现在和未来研究的重点和热点问题。本研究针对这一问题，利用土柱模拟和大田试验相结合的方法，系统研究了分层供水施磷对冬小麦根系分布、籽粒产量及水分、养分利用率的效应，旨在找出旱地农业最佳水肥处理方式，为理解作物生长及产量对水分养分空间耦合的响应提供理论依据。通过研究，获得以下主要结论：1.施磷位置对冬小麦光合性能和产量的影响因土壤水分和品种不同而异，在水分供应充足时，深层施磷不利于提高生育后期（孕穗期、开花期和灌浆期）叶绿素相对含量（SPAD值）、叶片光合速率（Pn）、蒸腾速率（Tr）及产量；而在水分供应不足时，深层施磷能够明显提高上述指标，对抗旱性较强品种更加显著。从不同品种看，长旱58产量均显著高于小偃22（P<0.05）；从不同水分处理看，与充分供水相比，在水分供应不足时，小偃22的SPAD值、Pn、Tr及产量均明显降低，长旱58的产量则明显增加；2个品种的SPAD值、Pn、Tr和产量均表现为施磷处理显著高于不施磷的对照处理（CK）（P<0.05）。施磷深度对冬小麦上述指标的影响随土壤水分和品种而异。2种水分条件下，小偃22的SPAD值、Pn、Tr和产量在不同施磷（SP、DP和DBP）处理间差异均不显著；在补充灌溉时，长旱58表现为深层施磷较表层施磷处理降低；无补充灌溉时，则相反，上述指标均显著增加（P<0.05）。2.施磷位置及补充灌溉显著影响冬小麦不同生育期根干重、根长密度及水分利用效率（WUE），同时会改变根系空间分布。冬小麦生育期内，各处理根干重、根长密度随土层深度增加而减少，抗旱性较差的小偃22降低幅度更大，而抗旱性较强的长旱58下降幅度相对平缓。干旱胁迫使2个品种不同生育期20cm以上土层根干重和根长密度均下降，却促进了30cm以下土层根系发育，提高了WUE。从不同施磷方式看，无论灌溉与否，施磷处理2个品种不同生育期0-20cm土层根干重、根长密度及WUE均显著高于CK，且表施显著高于深施。无论补充灌溉还是无补充灌溉，2个品种不同生育期30cm以下各土层根干重和根长密度均表现为磷肥深施高于表施处理，WUE表现出相同的变化规律。无补充灌溉时，抗旱性较强的长旱58产量、WUE与深层根干重、根长（30-100cm）的变化趋势一致，即深层根系越多，产量和水分利用效率越高。3.施磷位置显著影响冬小麦植株磷效率，其影响程度与补充灌溉与否及品种有关，在整体湿润时，深层施磷不仅不利于提高植株磷根效率比、磷肥利用率及磷肥偏生产力（PFPP），同时还会显著降低磷肥利用效率及PFPP（P<0.05）；而在水分胁迫时，深层施磷显著提高了长旱58植株磷根效率比、磷肥利用率及PFPP，却显著降低了小偃22上述指标。水分供应充足时，小偃22磷肥利用效率高于长旱58；水分胁迫下则相反，为长旱58高于小偃22。土壤水分对冬小麦磷肥利用效率和PFPP因品种而异，与整体湿润相比，干旱处理小偃22磷肥利用效率和PFPP均显著降低（P<0.05），长旱58则显著增加（P<0.05）。施磷深度对冬小麦上述指标的影响随土壤水分和品种而异。整体湿润处理下，与表层施磷比，深层施磷处理2个品种磷肥利用效率和PFPP均显著降低（P<0.05）；干旱胁迫处理下，与表层施磷相比，深层施磷处理小偃22植株磷根效率比、磷肥利用效率和PFPP显著降低（P<0.05），长旱58则相反，即显著增加（P<0.05）。4.作物收获后对土壤的测定结果表明，施磷能够增加施磷土层有效磷含量、有机磷含量和碱性磷酸酶活性（P<0.05）。分层供水和施磷对土壤上述指标的影响与施磷深度和土层有关，2种水分条件下，磷肥深施不仅提高深层土壤（30-60cm）磷酸酶活性，同时也有利于提高上层土壤（0-30cm）碱性磷酸酶活性，且在上层土壤水分胁迫条件下上层土壤有效磷含量、有机磷含量和碱性磷酸酶活性较高。上层土壤干旱明显降低上层土壤有效磷含量、有机磷含量和碱性磷酸酶活性，却显著增加了深层土壤上述指标，有利于小麦对深层土壤磷素的吸收利用能力及促进深层根系的生长发育。相关分析表明，无论整体湿润还是上层干旱下层湿润，2个品种土壤碱性磷酸酶活性与总根长、总根干重及土壤有机磷含量呈极显著正相关关系。综上所述，在无补充灌溉的旱作农田在选用抗旱性较强品种时，磷肥深施能够有效改善冬小麦根系剖面分布，是提高产量和水分利用效率及磷素利用程度的有效途径。