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水分是限制农业生产的重要环境因子。随着水资源的日趋紧张，优化利用有限的水资源和提高水分利用效率是农业用水管理一直关注而又迫切需要解决的问题。作物水分生理生态关系的研究不仅是作物用水管理的基础，而且有助于量化作物对水分不适的反应。作物模拟模型的研究为农田水分管理的智能决策提供基本的量化工具。本研究通过盆栽试验、大田试验和文献资料分析，进一步探讨了作物水分生理生态关系，量化了水分胁迫影响因子，建立了土壤水分动态子模型、水分限制下的作物模型以及基于作物模型的水分管理决策支持系统。 通过小麦、水稻的盆栽水分控制试验，进一步明确了作物水分生理生态关系。 ①凌晨叶水势与净光合速率和土壤含水量有密切的关系。凌晨叶水势与土壤含水量的关系可用阻滞方程描述。当凌晨叶水势低于某一临界值时，净光合速率显著下降，该临界值可用模糊聚类方法确定。 ②水分亏缺条件下，蒸腾速率和净光合速率随土壤水分变化的关系不相同，相对蒸腾速率随土壤相对含水量的下降直线降低:而净光合速率与土壤相对含水量之间为曲线关系，在土壤相对含水量较高时，净光合速率维持在较高值，变化较小，当土壤含水量的低于某一值时，净光合速率随土壤含水量的降低而降低。 ③渍水胁迫对叶片蒸腾速率和净光合速率具有同等的影响，蒸腾速率和净光合速率随渍水持续天数的延长降幅越大。 ④干旱胁迫导致根冠比增大，而渍水胁迫导致根冠比减小，水分胁迫下干物质分配指数的变化可通过模拟干旱和渍水胁迫对根冠比的影响来实现。 量化了支持作物生长模拟的干旱和渍水胁迫影响因子。干旱胁迫影响因子的算法综合考虑了土壤水分有效性、作物不同生育阶段对干旱胁迫的敏感性、作物不同生理过程（蒸腾、光合作用、同化物分配）对干旱胁迫的差异性，特别是干旱胁迫对蒸腾速率、光合速率的影响使用了不同的算法定量。光合速率的干旱胁迫影响因子的量化引入了凌晨叶水势临界值，由凌晨叶水势确定发生干旱胁迫的土壤水分临界值，来定量干旱胁迫的影响。渍水胁迫影响因子的算法不仅考虑了作物不同种类、土壤含水量高低不同引起的渍害差异，还考虑了渍水持续时间和不同生育阶段渍水敏感性差异因素，从而更加完善。用盆栽水分试验观测资料对干旱和渍水胁迫影响因子的算法进行了检验，证明其有较好的可靠性。 根据土壤水分平衡原理，建立了与作物生长模型耦合的土壤水分动态模拟模型，尤其考虑了因地下水位较浅而引起的毛管上升水量和土壤导水率变化对土壤含水量变化的贡献。模型要求输入的土壤资料、气象资料相对较少，易于获取。模型中土壤非饱和导水率函数、土壤水分特征曲线使用了简便的算法来估计，并考虑了地下水位变化的模拟。利用河南郑州、湖北荆州、江苏金坛三个农试站的土壤水分历史资料测试和验证了模型，表明模型对干旱少雨和湿润多雨地区的农田土壤水分预测均具有较好的可靠性和适用性。 应用水分胁迫影响因子，耦合土壤水分动态子模型和作物生长模型，构建了水分限制下的作物模型，以定量模拟作物生长动态及其与土壤水分变化的相互关系。土壤水分子模型输出水分胁迫影响因子，用于计算水分胁迫下的光合速率、蒸腾速率、干物质分配、叶面积大小等，从而影响干物质积累、器官建成和最终产量:生长子模型输出生育时期、叶面积指数、根长密度、根深等，用于计算作物实际蒸腾、土壤实际蒸发，影响土壤水分变化。利用郑州1986～1988年和南京2000～2001年小麦田间试验资料对模型的可靠性进行了验证，结果表明模型在小麦生长季少雨干旱地区和湿润多雨地区对生育期、地上部总干物重、叶面积指数、产量等均有较好的预测性。 初步建立了基于作物模型的农田水分管理决策支持系统，着重阐述了基于作物模型水分管理系统的结构和功能、水分管理决策的原理和方法，并进行了实例分析。基于作物模型的农田水分管理决策支持系统能够帮助决策者预测有关作物产量形成过程与环境和技术的关系，支持和加强用户对灌溉管理的策略分析和判断，提高水分灌溉管理决策的效能和效率。与基于作物水分生产函数的优化管理模型和农田水分管理的专家系统比较，增强了系统的机理性、通用性。