针对土壤水分和养分如何协同才能使冬小麦高产、优质和高效这一问题,本文以冬小麦(Triticum aestivun L.)为试验材料,在黄淮海平原水资源不足的豫北地区的大田和防雨棚下,通过设置不同的水分亏缺和肥料处理,借助先进的仪器设备,系统的开展了盆栽、筒栽、测坑和小区等一系列的控制性试验和田间试验,主要研究内容包括:调亏灌溉对冬小麦植株生长和生理特性的影响;调亏灌溉与营养调节对小麦产量和品质特性的影响;水分和养分协同对冬小麦干物质运转和氮吸收利用的影响;调亏灌溉与营养调节优化组合及其数学模型;土壤温度和冬小麦的耗水模拟。通过以上研究,得出如下主要结论:1、隔沟交替灌溉和调亏灌溉虽然一定程度上降低了旗叶光合作用,但较高的叶片水分利用效率能最大程度保证灌浆进程,使产量不至于大幅度降低。小麦在底墒充足的情况下,隔沟调亏灌溉下返青—拔节期适当的水分胁迫并不会引起大幅减产,而且能显著提高WUE。因此,从节水高效的角度考虑,调亏灌溉和隔沟交替灌溉相结合是可行的,隔沟调亏灌溉下返青-拔节期适当的水分胁迫(55%-65%FC)是节水保粮的适宜选择。2、调亏灌溉与营养调节结合对专用型冬小麦植株C、N代谢的影响研究结果表明,在高营养水平下,适度的水分调亏可促进小麦营养器官花前贮藏物质向籽粒再运转;在中等营养水平下,叶片花前贮藏同化物再运转量以轻度水分调亏为最高;在低营养水平下,各营养器官花前贮藏同化物再运转量和再运转率随水分调亏度加重呈提高趋势。不同营养水平下营养器官花前贮藏同化物总运转量对籽粒产量的贡献率随水分调亏度加重呈提高趋势。说明水分调亏提高了籽粒中来自花前营养器官贮藏物质的比例。15N标记研究结果显示,水分调亏与营养调节结合可有效调控小麦植株对肥料氮的吸收和积累。3、调亏灌溉与营养调节结合对中、强筋型小麦籽粒产量和品质特性的影响研究结果表明,返青—拔节期和灌浆期轻度水分调亏对籽粒产量的影响不明显,但显著提高了水分利用效率;随调亏程度增加,籽粒产量损失呈增加趋势。返青—拔节期水分调亏降低了小麦籽粒中必需氨基酸含量、脯氨酸含量、酪氨酸含量、总氨基酸含量及蛋白质含量,并随调亏程度加重,降低幅度增大;拔节—抽穗期水分调亏处理显著提高了小麦籽粒中必需氨基酸含量、脯氨酸含量、总氨基酸含量和蛋白质含量;灌浆期重度水分调亏小麦籽粒中氨基酸含量、脯氨酸含量、络氨酸含量、总氨基酸含量、蛋白质含量和降落数值显著增加,而轻度和中度水分调亏对小麦籽粒蛋白质含量影响不显著。4、根据四因子五水平组合设计试验资料,分别建立了以产量、品质和水分利用效率为目标函数的三个数学模型,并对模型进行求解,获得不同目标函数条件下节水高产优质的水肥优化方案。5、采用坐标转换的方法对土壤热流方程进行改进,改进后土壤热流方程模拟结果更接近实际土壤温度的真实值;建立了基于气象、生物和土壤综合因素影响的冬小麦需水过程的模拟方程。6、本文借助垄栽沟灌方式,将调亏灌溉与交替灌溉相结合,不仅考虑了农田水分在时间上(生育期)控制,而且考虑了农田水分在空间上(根系范围)的控制,利用作物根冠通讯学说理论、调亏补偿效应和垄作产生的边际效应,由此创建农田水分时空调控灌溉技术。其适宜技术要素是:垄沟规格为垄高20cm,垄面宽50cm,沟底宽20cm,沟上口宽60cm,坡度1:1;冬小麦垄作为1垄3行,垄上小麦行距为15cm。冬小麦在返青—拔节期施加轻度的水分调亏(55%—65%FC),其余生育阶段实施隔沟交替灌溉。试验与示范结果表明,农田水分时空调控灌溉技术,能够实现提高灌溉用水效率和农田水分利用效率目标。研究结果对建立优化作物产量和品质关系的RDI综合指标与模式,丰富和完善RDI理论,深化和充实作物品质生理生化基础研究具有重要的科学价值和实践意义。