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随着对降雨量变化和气温升高的日益关注,政府间气候变化专门委员会（IPCC）预计气候变化将扩大粮食需求和供应之间的缺口。同样,中国的粮食生产也会受到气候变化的影响。然而,由于降雨的时空变化,季节性作物生产变化很大。在未来气候变化的情况下,为了保持或提高作物水分生产力（CWP）,需要准确预测这些变化对作物生产/生产力可能产生的影响,从而制定短期和长期的适应战略。因此,本研究探索了在有限水资源条件下关中平原地区提高作物水分生产力的可能途径或技术。利用CSM-maize和CSM-wheat作物模型研究了在雨养和灌溉农业条件下,适当的补充灌溉策略以满足作物的蒸散发需求,从而达到提高作物水分生产力的预期。同时,利用作物模型模拟了IPCC未来气候变化情景对玉米和小麦产量的影响。主要研究结果如下:（1）利用玉米四个生长季（2012-2015）充分灌水处理对CERES-maize模型进行率定,其他亏水处理进行验证。模型率定及验证结果显示,实测值与模拟值吻合度较好,归一化均方根误差（nRMSE）分别在4.5114.5%和710%之间。模拟结果表明在关中平原地区,当降水不能满足作物需求时,通过适当调整播种日期和补灌策略可以提高夏玉米产量和水分生产力。其中,适宜的播种日期为6月14日至24日,灌溉时间和灌溉量分别为开花期100mm和灌浆期100mm。（2）持续的全球变暖和复杂的降水模式对农作物生产有着重要的影响。在此背景下,利用17个通用环流模型（GCMs）在4种典型浓度路径（RCP 2.6、RCP 4.5、RCP 6.0和RCP 8.5）情境下的降尺度耦合模式作为校正好的CERES-Maize模型的输入项进行模拟研究。结果表明,研究区温度与玉米产量呈负相关关系:气温每上升1℃,产量将下降9%。而CO2浓度与作物产量呈正相关关系:在RCP2.6、RCP4.5、RCP6.0和RCP8.5情景下,随着CO2浓度的增加,玉米产量每10年平均增产分别为6%,5%,5.5%和4.5%。（3）在未来气候变化情景下,利用五种作物模型（APSIM、AquaCrop、DSSAT、EPIC和STICS）评估了未来的适应性灌溉、推迟播种日期和灌溉与推迟播种日期结合的适应策略,对提高未来玉米平均产量非常有效,与基准产量相比,预计未来玉米产量将分别增加1.1-23.2%、1.0-22.3%和2-31%。因此,灌溉和种植适应策略相结合,在未来气候变化条件下,关中平原的玉米产量可以得到提高。（4）APSIM和CERES模型表明,在未来气候变化条件下,冬小麦产量与基准产量相比会下降4.6-30%;而在CO2浓度升高（380 ppm-886 ppm）条件下,冬小麦产量会增加0.95-10%。在采取灌溉适应性策略（全生育期灌溉量180-380 mm）条件下,产量增加5.6-25.5%。在2020-2080年间,采用灌溉适应策略和提高CO2浓度条件下,平均水分利用效率（WUE）相对于基准条件提高了26.5%。当CO2浓度达到550-866 ppm左右时,采用第三种灌溉策略,WUE较基准条件提高了60%。