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随着人口增长、耕地面积减少以及粮食需求的增加，我国粮食安全问题日益突出。在有限耕地面积以及追求农业可持续发展的前提下，提高粮食单位面积产量以及养分利用效率是保障我国粮食生产安全的重要途径。本研究以北方冬麦区为研究对象，采用DSSAT作物模型，模拟了研究区近25年冬小麦的潜在产量，定量化研究了冬小麦的增产潜力，解析冬小麦产量差、氮肥效率差的限制因素，并评估了冬小麦缩差和增效的技术途径，以期为缩小冬小麦产量差和提高养分利用效率的研究提供科学依据。主要研究结论如下: (1)研究区冬小麦产量随着不同管理栽培措施的变化而存在差异，其中施氮量、种植密度以及土壤养分越高则冬小麦产量越高，而随着播期的不断推迟则产量出现略微下降的趋势。不同管理措施下的氮肥偏生产力也随之呈现不同的变化趋势，其中增加种植密度以及土壤改良使得氮肥偏生产力呈现上升趋势，而增施氮肥以及调整播期则降低氮肥偏生产力。通过对典型站点冬小麦缩差增效的技术途径进行评估发现，在当地品种以及充分灌溉条件下，土壤改良的增产潜力较大，其缩差的贡献率在8％左右;调整播期的增产潜力在各站点存在差异，其缩差的贡献率在7％～17％;合理密植的增产潜力较小，其缩差的贡献率低于5％;增施氮肥的增产潜力最大，其缩差的贡献率为11％～33％。此外，土壤改良、调整播期以及合理密植均能有效地提高氮肥利用效率，但增施氮肥使得氮肥利用效率下降。 (2)研究区1990-2015年冬小麦潜在产量呈现中间高两侧低的分布规律，其空间差异主要因素是温度和日照时数。冬小麦的雨养产量呈现北低南高的变化趋势，其变化特征受冬小麦生育期内降水量的影响。冬小麦气候-土壤生产力的值在区域上普遍低于1300kg/ha，其空间分布规律不明显。潜在产量与雨养产量之间的产量差呈现北高南低的纬向分布特征，降水对产量的限制比例分布与其类似，可通过合理灌溉提高产量。潜在产量与气候-土壤生产力之间的产量差较大，雨养产量与气候-土壤生产力之间的产量差呈现南高北低的纬向分布特征，氮肥和土壤对产量的限制比例分布与其类似，可通过土壤改良和增施氮肥等措施提高冬小麦产量。 (3)通过对区域内冬小麦缩差增效的技术途径进行评估发现，不同管理措施下各级可获得产量的空间分布规律类似，但各管理措施的增产潜力分布差异较大。在区域上对缩差的贡献率较高的管理措施为综合技术改良，而同一地区不同管理措施的缩差效果各不相同。调整播期、土壤改良以及合理密植能在区域上较明显的提高氮肥利用效率，而增施氮肥和综合技术改良使得氮肥利用效率下降。