小麦是北方居民的主要粮食作物，也是人体所必需的氮、钙、铁等矿质元素的主要来源。本文通过6年的长期定位试验研究了不同降水条件下氮磷投入对小麦产量、养分利用和矿质营养品质的影响，探讨水分、施肥量与小麦产量、养分利用和矿质营养品质的相互关系，旨在为优化旱地小麦水肥管理，实现旱地农业高产、优质、高效和可持续发展提供理论依据。取得的主要结论如下：1．随施氮量增加，小麦产量显著提高，施氮240kg N ha^-1时达最高值6244kg ha^-1，比对照提高124%。继续增加氮肥用量，产量不再增加。随施氮量增加，小麦植株氮磷钾吸收量提高，施氮320kg N ha^-1时达最高值，分别为200kg ha^-1、20kg ha^-1和121kgha^-1，比对照提高275%、65%和183%。随施氮量增加，百公斤籽粒需氮量显著增加，需磷量显著降低，需钾量呈先降低后增加趋势。随施氮量增加，氮肥偏生产力及利用效率降低，磷偏生产力及磷素利用效率提高；播前降水在269～422mm范围时，植株氮磷钾吸收量及氮磷偏生产力随降水增加显著提高，降水超过422mm时，氮磷钾吸收量及偏生产力降低。2．随施氮量增加，小麦籽粒氮、铁、锌、铜、铬、镍、铅、硒和钴含量显著增加。施氮量为160kg ha^-1时，籽粒铬、镍、铅、硒和钴含量达最高值，比对照分别提高30.4%、7.0%、45.0%、57.1%、32.5%。施氮量为240kg N ha^-1时，籽粒氮、铁、锌和铜含量达最高值，比对照分别增加44.4%、37.1%、12.0%、37.5%；随播前降水增加，籽粒磷、镁、铁、锰、锌、铜、镍和镉含量显著提高，降水为422mm时，籽粒磷、锌和镉含量达最高值，分别为3.2g kg^-1、27mg kg^-1和40.1μg kg^-1。降水为484mm时，籽粒镁、铁、锰、铜和镍达最高值，分别为1117mg kg^-1、54mg kg^-1、35mg kg^-1、4.3mg kg^-1和0.70mg kg^-1。3．随施磷量增加，小麦产量和植株氮磷钾吸收量显著提高，施磷100kg P2O5ha^-1时均达最高值5703kg ha^-1、145.9kg ha^-1、18.5kg ha^-1和93.5kg ha^-1，比对照分别提高32%、18.0%、47.6%和27.4%。继续增加磷肥用量，以上参数无显著变化。随施磷量增加，百公斤籽粒需磷量增加，需氮量和需钾量显著降低。随施磷量增加，氮肥偏生产力及利用效率显著增加，磷肥偏生产力降低；播前降水在269～386mm范围时，植株吸氮量、百公斤籽粒需氮量及磷钾利用效率随降水增加显著提高，降水超过386mm时，以上参数则降低。氮素利用效率在降水为478mm时达最高值45.9kg kg^-1。4．随施磷量增加，小麦籽粒磷、钾、钙、镁、铬、铅、硒和钴含量均显著提高，施磷100kg ha^-1时达最高值，比对照分别提高18.1%、8.8%、3.5%、7.2%、32.8%、61.1%、22.2%和35.6%。继续增加磷肥水平，以上参数均显著下降。小麦籽粒氮、锰、锌、铜和镍含量随施磷量增加显著降低；随降水增加，籽粒磷、铁、锰、锌、铜、镉和镍含量显著提高，降水为422mm时，籽粒磷和锌达最高值，分别为2.9g kg^-1和33mg kg^-1。降水为484mm时，籽粒铁、锰、铜、镍和镉达最高值，分别为59mg kg^-1、30mg kg^-1、4.5mg kg^-1、0.78mg kg^-1和14μg kg^-1。5.养分投入水平提高，小麦产量和生物量均显著增加。低养分投入时，小麦单位面积穗数及穗粒数对产量起决定作用。高养分投入时，决定于单位面积穗数。不同小麦品种养分吸收利用效率差异显著。低养分投入时，高产品种氮肥回收率、农学效率和偏生产力比低产品种高6.3～61.6%、52.1～122%、9.8～25%。磷肥回收率、农学效率和偏生产力较低产品种高31.2～33.3%、58.9～126.3%、7.0～24.9%。高养分投入时，小麦偏生产力明显下降，且低产品种较高产品种更敏感。6.养分投入水平提高，小麦籽粒氮、镁、铁、锌、铜、铬、镍和铅含量增加，籽粒磷、钾和锰含量降低。不施肥时，小麦籽粒氮、磷、镁、铁、锌、铜和镍含量比施肥更能体现各品种间差异。施肥时，籽粒钾、钙、锰、铬和铅含量比不施肥更能体现品种间差异。小麦籽粒磷含量与籽粒氮、镁、铁、锰和锌呈显著正相关关系，籽粒锌含量与籽粒氮、铁、锰含量呈显著正相关关系。