黄土塬区的一个典型气候特征是降水年内和年际变异大。冬小麦是黄土塬区的主要农作物,但其生长期与降水不同步且生长季降水稀少,导致土壤储水成为冬小麦生长所需水分的一个重要来源。研究降水变化条件下冬小麦产量和水分利用效率（water use efficiency,WUE）的响应及其与土壤水的关系,量化冬小麦水分利用的来源,对于旱作农田水分管理和冬小麦产量稳定具有重要意义。本文在田间定位观测条件下利用人工遮雨棚和重力自流滴灌系统模拟了三个降水梯度:正常降水（Rc）、削减1/3降水（R^-）和增加1/3降水（R⁺）,研究了2014-2017年期间降水变化对土壤水、冬小麦产量和WUE的影响,结合稳定同位素氢氧同位素计算来明区分小麦水分利用来源,得出以下结论:（1）降水变化显著影响土壤储水量。0-300 cm土壤水储量在冬小麦生长季内逐渐下降、在雨季得到一定的恢复。Rc和R^-处理下0-380cm深度的土壤储水量分别减少了167.1mm和216.4mm;而R⁺处理0-300cm深度的土壤储水量减少了31.5mm,300-380cm深度的土壤水则增加了32.8mm。土壤储水量与降水量呈正相关。（2）土壤底墒和降水共同影响冬小麦生物量和产量。当土壤底墒较好时,即使生育期降水减少,冬小麦产量和生物量与正常降水处理相比差异较小（2014-2015）;当土壤底墒不足且生育期降水较少时,会造成冬小麦严重减产约50%（2015-2016）;当土壤底墒不足时,即使生育期降水较大,冬小麦也会有一定程度的减产（2015-2016）。籽粒产量与生育期降水和土壤底墒的关系呈现出饱和效应。（3）降水变化显著影响冬小麦的水分利用效率。在2014-2015年,相比于Rc,R⁺处理的水分利用效率减少了1.9 kg ha^-1mm^-1（15.7%）,但对于R^-处理,水分利用效率增加了0.9 kg ha^-1mm^-1（0.7%）。在2015-2016年,相比于Rc,R⁺和R^-处理的水分利用效率分别减少了4.7 kg ha^-1mm^-1（30.5%）和4.7 kg ha^-1mm^-1（30.9%）。在2016-2017年,与Rc相比,R⁺和R^-处理的水分利用效率分别增加了1.3 kg ha^-1mm^-1（12.3%）和4.8kg ha^-1mm^-1（45.3%）。冬小麦的水分利用效率与生育期降水和土壤底墒呈现“单峰曲线”关系。（4）冬小麦主要利用0-20cm深度的土壤水,其贡献比例分别为:拔节期为71.8%,抽穗到开花期为63.3%,灌浆期为46.8%,乳熟期到成熟期则为53.3%。20-60 cm土壤水在灌浆期的贡献率达到最大（44.7%）。降水增加条件下,冬小麦主要利用浅层的土壤水（0-60cm）,但对深层土壤水（60-300 cm）依然有一定程度的利用;降水减少促使冬小麦利用更多的深层土壤水。冬小麦根系的分布和土壤储水量是决定冬小麦水分利用的主要因素。本文研究发现土壤底墒和生育期降水在维持冬小麦产量稳定性方面起着重要作用。尽管降水变化改变了冬小麦对不同深度土壤水的利用策略,但表层土壤水依然是冬小麦水分利用的主要来源。因此在夏闲期及生育期采取农业措施提高土壤储水量,是保障黄土塬区冬小麦产量稳定的一个有效措施。