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冬小麦/夏玉米轮作高度集约化种植体系对保障我国粮食安全有着举足轻重的作用。水资源短缺和粗放的水肥管理不仅造成了粮食产量低而不稳,而且降低了水肥资源的利用效率,导致了一系列的环境问题,严重制约了冬小麦/夏玉米轮作体系的可持续发展。针对这些问题,于2018—2020年在关中平原开展了滴灌水肥一体化冬小麦/夏玉米轮作田间试验,试验为3个灌水水平和4个氮肥用量的完全组合设计。其中灌水水平包括:充分灌溉（FI,100%ETc,ETc为作物蒸散量）、亏缺灌溉（DI,75%ETc）和仅灌施肥水（RF）,氮肥用量包括:不施氮肥（N0）、低氮(N1,小麦季施氮85 kg ha-1,玉米季施氮90 kg ha-1)、中氮(N2,小麦季施氮170 kg ha-1,玉米季施氮150 kg ha-1)和高氮(N3,小麦季施氮255 kg ha-1,玉米季施氮210 kg ha-1)。以常规水氮管理为对照(CK,冬小麦越冬期、拔节期和夏玉米拔节期各灌水90 mm（畦灌）,冬小麦和夏玉米施氮量分别为255 kg ha-1和210 kg ha-1)。研究了滴灌水肥一体化条件下水氮用量对冬小麦/夏玉米生长、单季及轮作系统产量、经济效益和水肥利用的影响;明确了夏玉米各器官干物质和氮素累积量占植株总累积量比例的动态变化;构建了基于叶面积指数和地上部干物质量的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线;探索了基于冠层高光谱反射率的夏玉米生长状况和氮累积量的估算方法,并提出了滴灌水肥一体化条件下夏玉米氮肥追施量估算方法。取得的主要研究成果如下:（1）探明了滴灌水肥一体化条件下水氮用量对冬小麦/夏玉米产量及其构成和经济效益的影响。氮肥用量对夏玉米穗长、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒重和产量均有着极显著的影响（P<0.01）。在0～150 kg ha-1的施氮量范围内,夏玉米穗长、穗行数、行粒数、百粒重和产量均随施氮量的增加而显著增加,秃尖长随着施氮量的增加而减小。相同水分水平下N2和N3处理夏玉米穗长、秃尖长、穗行数、行粒数、百粒重和产量之间无显著差异（P>0.05）。灌水量和水氮交互作用对产量及其构成要素的影响在不同年份之间存在差异,三季试验DIN2处理均收获了最大或与最大无显著差异的夏玉米产量,与CK相比,DIN2处理的产量在2018、2019和2020季分别增加48.4%、29.8%和30.5%;净收益在2019和2020季分别增加36.7%和39.7%。氮肥用量对冬小麦最大分蘖数、单株分蘖数、有效分蘖率、单位面积穗数、穗粒数、千粒重和产量均有着极显著的影响（P<0.01）。在0～170 kg ha-1的施氮量范围内,冬小麦单株分蘖数、单位面积穗数、穗粒数和产量均随施氮量的增加而显著增加,但千粒重随着施氮量的增加而减小。相同水分水平下N2和N3处理冬小麦的基本苗数、单株分蘖数、单位面积穗数、穗粒数、千粒重和产量之间无显著差异（P>0.05）。灌水量对单位面积穗数、穗粒数、千粒重和产量的影响均达到了显著（P<0.05）或极显著水平（P<0.01）,FI和DI较RF处理均显著提高了冬小麦产量。水氮交互对穗粒数和产量的影响达到了极显著水平（P<0.01）,但对单位面积穗数和千粒重无显著影响（P>0.05）。两年冬小麦最大产量均在DIN2处理下获得,分别为9.1 t ha-1和9.3 t ha-1,与CK相比,2018-2019和2019-2020季冬小麦产量分别增加了43.8%和56.4%;净收益分别增加82.8%和119.2%。（2）明确了滴灌水肥一体化条件下关中平原冬小麦、夏玉米及其轮作系统高产（≥95%最大产量）高效（≥95%最大净收益）的耗水量和施氮量区间。基于响应曲面法,分别以冬小麦、夏玉米和冬小麦/夏玉米轮作周年产量和净收益为响应变量,确定了冬小麦兼具高产(9.1 t ha-1～9.6 t ha-1)和高收益(11 545 CNY ha-1～12153 CNY ha-1)的耗水量和施氮量区间分别为434～496 mm和165～211 kg ha-1;夏玉米兼具高产(11.1 t ha-1～11.7 t ha-1)和高收益(15 017 CNY ha-1～15 807 CNY ha-1)对应耗水量和施氮量区间分别为458～500 mm和187～250 kg ha-1;冬小麦/夏玉米轮作系统兼具高产(19.5 t ha-1～20.5 t ha-1)和高收益(25 624 CNY ha-1～26 973 CNY ha-1)对应耗水量和施氮量区间分别为885～949 mm和310～408 kg ha-1。（3）揭示了不同水氮管理策略下剖面土壤水分变化及残留硝态氮的分布特征。冬小麦对土壤水分的消耗深度可达320 cm土层,消耗量表现为RFN2>DIN2>FIN2>CK,且耗水量均超过90 mm,夏玉米季的降雨和灌溉可以补充冬小麦对土壤水分的消耗,但RFN2处理被消耗的土壤水分无法得到完全补充（夏玉米收获期180～260cm土层含水量显著低于其他处理）。另外,各处理以0～120 cm土层土壤储水量差值计算的冬小麦水分生产力(WP120)较0～320 cm土层计算的水分生产力(WP320)偏大,夏玉米则表现为WP120小于WP320,但从冬小麦/夏玉米轮作周年角度出发,WP120与WP320之间无显著差异（P>0.05）。与CK相比,RFN2、DIN2、FIN2处理施氮量减少了大约30%,但0～180 cm土层硝态氮残留量之间无显著差异（P>0.05）,同时CK处理收获期植株地上部氮素累积量低于其他处理,这说明CK处理氮的损失较大。在0～60 cm土层,CK处理土壤硝态氮残留量（冬小麦季不足0～180 cm总残留量的40%,夏玉米季不足30%）显著低于RFN2、DIN2和FIN2处理（冬小麦季均高于总残留量的50%,夏玉米季均高于总残留量的40%）,但CK处理60～180 cm土层土壤硝态氮残留量显著高于RFN2、DIN2和FIN2。可见,滴灌水肥一体化减量施氮能够降低土壤硝态氮的淋溶风险。（4）构建了夏玉米各器官干物质和氮素累积量占植株总累积量的比例随出苗后天数的函数关系及基于叶面积指数和地上部干物质量的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线。夏玉米各器官干物质和氮素累积量占植株总累积量的比例在水氮供应良好（充分和亏缺灌溉的中高氮处理）条件下无显著差异（P>0.05）。基于此分别构建了水氮供应良好条件下夏玉米各器官（茎、叶和穗）干物质和氮素累积量占植株总累积量的比例随出苗后天数变化的函数关系。此外,分别基于叶面积指数（LAI）和地上部干物质量（DM）构建了夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线,并发现亏缺灌溉和充分灌溉条件下夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线各参数之间差异不显著（P>0.05）。基于此构建了亏缺和充分灌溉条件下统一的基于LAI的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线和基于DM的夏玉米叶片临界氮浓度稀释曲线。（5）构建了基于夏玉米冠层高光谱数据的地上部生物量、叶面积指数和叶片氮累积量估算模型。分别基于偏最小二乘回归（PLS）、极限学习机（ELM）、随机森林（RF）和PLS叠加策略的极限学习机集成模型(SEPLS＿ELM)估算了夏玉米地上部生物量、叶面积指数和叶片氮累积量。结果表明基于PLS和ELM估算模型的精度相近且较低,基于RF和SEPLS＿ELM模型的估算精度显著高于PLS和ELM,建模集的R2均在0.95以上,但基于RF的夏玉米地上部生物量、叶面积指数和叶片氮素累积量估算模型验证集的R2较建模集显著降低,分别为0.851、0.903和0.667,基于SEPLS＿ELM估算模型验证集的R2较高,分别为0.955、0.969和0.831,RMSE分别为307.3 kg ha-1、0.24 cm2 cm-2和11.20kg ha-1,RPD分别为4.66、5.30和2.54。因此,基于SEPLS＿ELM可以很好地估算夏玉米地上部生物量、叶面积指数和叶片氮素累积量。（6）提出了滴灌水肥一体化条件下夏玉米氮肥追施量估算模型。通过整合夏玉米叶片干物质累积量占植株总累积量的比例、叶片氮素累积量占植株总累积量的比例、叶片临界氮浓度、地上部生物量（基于高光谱估算模型）和叶片氮累积量（基于高光谱估算模型）以及水肥一体化条件下氮肥利用效率,提出了夏玉米氮肥追施量估算模型。