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灌溉和施氮是保证粮食高产和稳产的重要保障。我国大部分地区粗放的灌溉方式和灌溉制度造成水资源的大量浪费,灌水利用效率远低于发达国家。不合理的大量施用氮肥不仅降低农民的经济收入,同时使温室气体排放和硝态氮淋溶的风险增加。因此合理的灌溉施肥制度是实现粮食生产的高产高效和可持续发展的重要途径。本研究2011-2014年在西北农林科技大学节水灌溉试验站设置不同灌水施氮处理,其中灌水处理3个水平（I0,雨养;I1,仅灌拔节水;I2,灌越冬和拔节水）,施氮量4个水平(N0,不施氮;N1,105 kg N hm-2;N2,210 kg N hm-2;N3,315 kg N hm-2),探究不同水氮管理对冬小麦生长、产量和土壤水氮动态的影响。利用田间试验数据校准验证了DSSAT-CERES-Wheat模型,利用校准验证后的模型探索适用于当地土壤和气候条件下的节水灌溉制度和省肥施氮模式。其中灌溉方面探究了基于生育期、土壤含水量和作物需水量的三种灌溉制度,施氮方面主要探究了施氮量、追氮时期和比例对冬小麦产量的影响,旨在为该地区小麦生产的高产高效和可持续发展提供技术支撑。本研究所得的主要结果如下:（1）灌水能显著延长冬小麦株高的生长时间,提高LAI扩展速率,延长干物质积累的时间,从而增大株高、LAI和干物质量。灌两水处理比雨养处理株高增加4 cm,LAI增大0.6,干物质量增加2981 kg hm-2。施氮使株高、LAI和干物质量进入快速生长的时间提前,促进了LAI和干物质量的生长速率,从而增大株高、LAI和干物质量。施氮315 kg N hm-2比不施氮处理株高增高8 cm,LAI增大3.11,干物质量增大6077 kg hm-2。总体上,氮肥比灌水对冬小麦生长的影响大,LAI和干物质量对灌水施氮的响应比株高敏感。灌水主要通过提高每平方米粒数和千粒重,施氮主要通过增加每平方米粒数提高冬小麦产量。灌水施氮的增产效应受小麦季降水分布和初始土壤氮累积量的影响。综合三年试验结果来看,施氮210 kg N hm-2与315 kg N hm-2对小麦生长和产量的影响均无显著差异,灌越冬和拔节水处理在干旱年份（2012-2013年）增产效果较好。（2）土壤含水量受降水、灌水、作物耗水和土壤蒸发的影响而呈波动性变化。冬小麦累积蒸散量呈“早期增长缓慢,中后期增长迅速”的特点。灌水显著增加了农田总蒸散量,灌两水处理比雨养处理平均高93 mm。农田耗水组成受底墒、灌水和降水的影响。在底墒充足的2011-2012年,土壤储水提供了总耗水量的42%-56%;灌两水处理比雨养处理减少土壤储水消耗28 mm。随灌水量的增加,水分利用效率WUE减小;随施氮量增加,WUE呈增大趋势。在干旱的2012-2013年,施氮315 kg N hm-2处理具有最高的WUE,为2.17 kg m-3。灌溉水利用效率IWUE随灌水量和施氮量均呈增大趋势。（3）土壤剖面硝态氮含量和累积量随着施氮量和试验年限的增加而增加,其中施氮315 kg N hm-2处理造成0-180 cm土壤剖面硝态氮的大量累积,后两年平均累积量高达825 kg hm-2;施氮210 kg N hm-2处理100-180 cm氮残留量明显少于施氮315 kg N hm-2处理,但0-100 cm硝态氮累积量仍然高达216 kg hm-2。灌水量和降水量的增加促进了土壤硝态氮的下移,在高施氮量(315 kg N hm-2)下尤其明显。2014年小麦收获后,雨养、灌一水和灌两水条件下,施氮315 kg N hm-2处理的最大硝态氮含量分别出现在6080、80100和100120 cm土层。氮肥偏生产力（NPP）、农学效率（NAE）和氮肥边际利用效率（MNAE）均随着施氮量的增加而降低。随试验年限推进,不施氮处理的产量逐渐减小,氮肥的NAE逐年增大,其中施氮105 kg N hm-2处理的NAE由2011-2012年的4.2 kg kg-1提高到2013-2014年的25.4 kg kg-1。（4）利用2013-2014年的试验数据对DSSAT-CERES-Wheat模型进行校准,然后用2011-2013年的独立试验数据验证模型。结果表明,模拟的2011-2014年冬小麦开花期、成熟期、产量、粒重、每平米粒数和最大LAI与实测值的归一化均方根误差nRMSE均在20%以内;2011-2013年生物量被模型低估了21%,但产量仅低估了5%。模型模拟的各土层含水量的nRMSE均在20%以内,0-100 cm土壤储水量的模拟误差在10%以内。模型对收获期各土层硝态氮含量模拟误差较大,nRMSE为56%137%;0-100 cm土层硝态氮累积量模拟误差为25%43%。土壤硝态氮受土壤微生物、温度、水分、作物等多种因素的影响,致使其模拟存在很大的不确定性。（5）基于生育期的灌溉模拟结果表明,越冬期和拔节期是冬小麦产量形成的关键时期,在这两个时期灌一水或两水能获得较高产量或IWUE。基于土壤含水量的灌溉模拟结果表明,当土壤含水量降到最大可利用水的20%30%时进行灌溉,达到75%100%时停止灌溉是兼顾高产高效的灌溉制度。基于作物需水量的灌溉模拟结果表明,当累积净需水量达到75或100 mm时灌需水量的0.8倍可以达到高产高效节水省工的灌溉目标。农户应根据灌溉设备和条件选择合理的灌溉制度。（6）冬小麦获得高产和高收益的最小施氮量受生长季水分供应和土壤初始硝态氮含量的影响。当0-60 cm初始硝态氮含量高达150 kg hm-2以上时,不施氮或仅施少量的氮即可获得高产。当土壤初始供氮量很低时,雨养条件下施氮120 kg hm-2能保证75%的年份获得相对高产和高收益;而在灌溉条件下则需施氮150 kg hm-2。只基施氮肥和基追比7:3处理无论在返青、拔节或是开花期追施,产量无明显差异;而基追比3:7处理随追氮时期推后而减产,追肥时期不应晚于拔节期。考虑到播种前随耕翻施基肥比追肥操作更方便,因此建议一次基施氮肥。