水是干旱区绿洲依存与发展及绿洲化进程中最重要的限制因子，农田蒸散发是绿洲水分消耗的主要过程，也是绿洲水文循环中最重要的水文过程和生态过程之一。本研究以塔里木盆地南缘策勒绿洲棉田水分利用为研究对象，通过开展绿洲主要作物---棉花生长季的调亏灌溉试验及绿洲不同空间位置大田棉花种植试验，结合土壤水分、作物生长状况以及气象等诸要素的系统观测，利用模型计算和模拟的方法，对常规灌溉和调亏灌溉条件下棉花蒸散量及水分利用效率的变化特征、绿洲棉田水分生产率空间分异特征及影响因素进行定位研究。阐明了绿洲棉田土壤水分动态变化规律和极端干旱区绿洲棉田耗水规律，揭示了极端干旱区绿洲棉田水分生产率的影响因素，基于棉田水分利用的农田水资源配置，确定了策勒绿洲农田适宜规模。所得主要结论如下:　　 (1)基于绿洲边缘农田点位试验观测，结合土壤水分消退模型和FAO推荐的Penman-Monteith模型对策勒绿洲棉田土壤水分动态特征、蒸散特征进行了分析，结果表明，策勒绿洲棉田根系层(0～150 cm)土壤水分随着时间的变化总体呈指数消退的规律;在棉花根系层垂直剖面，土壤水分含量则随深度呈单峰变化的趋势，且峰值多出现在60～80cm土层;常规灌溉下棉田蒸散年际变化不大，2006～2010年试验区棉花全生育期实际蒸散总量均值为667.7mm，但在年内生长季蒸散日变化呈现较大波动;调亏灌溉处理棉花全生育期内蒸散量存在显著差异，棉田蒸散量与灌溉量与降雨量之和呈线性正相关。棉花蕾期是耗水量急剧增长阶段，花铃期耗水量最高(日均耗水量达4.0～4.8 mm)。　　 (2)基于绿洲边缘农田点位试验观测，通过棉花叶片光合水平和产量水平水分利用效率的计算，研究发现适度减少灌溉量并不显著降低棉花叶片光速速率，但却显著提高了棉花叶片的水分利用效率;棉花产量随着耗水量的增加而增加，但耗水量增加到515.4mm后，产量开始降低，即产量随着灌溉量增大反而减小。灌溉量从690mm分别减少到508.6mm和435mm，产量减幅则分别达到9.9％和17.5％。本研究调亏灌溉处理中最合适的灌溉制度为:依据棉花根系层土壤田间持水量的百分比进行灌溉，相应生育期棉花根系层土壤贮水量占田间持水量的比重分别为苗期70％、蕾期60％、花期50％、铃期70％、吐絮期70％。　　 (3)基于绿洲内部向绿洲边缘扩展的农田横断面的试验观测，结合土壤粒度分析和养分分析，通过对不同开垦年限农田优化施氮，对绿洲棉田水分生产率的影响因素进行了探讨，结果表明土壤粘粒含量与绿洲棉田水分生产效率呈显著正相关关系(p＜0.05)，土壤粒径组成是影响棉花水分生产率的重要因素;耕作年限的差异导致绿洲棉田土壤肥力特征存在显著差异，开垦80a农田土壤肥力综合指数显著高于开垦30a以内的农田。减少施氮量对30a、80a、100a农田棉花产量无显著影响，但显著降低了15a农田的棉花产量。　　 (4)基于绿洲区域水资源和农业水资源的综合分析，通过模型数值模拟和基于棉田配水量的不同种植业结构情景分析，对策勒绿洲农田水资源承载力和适宜规模进行了探讨，结果表明策勒绿洲年适宜地下水开采量为0.74×108 m3;策勒绿洲农田节水潜力为338.3×104m3～658.1×104m3。策勒绿洲常规灌溉条件和调亏灌溉条件下的灌溉农田最大规模分别为135.7 km2和151.0 km2;常规灌溉条件和调亏灌溉条件下策勒绿洲耕地适宜面积分别为121.1 km2和142.3 km2。