旱地约占我国国土总面积的70%,旱作农田面积大约达到5亿公顷,约占总耕地面积的50%,因此保证旱地农业持续发展对我国粮食安全至关重要。论文针对黄土高原旱作塬区冬小麦和春玉米生长与水肥高效利用展开研究,采用野外大田与室内试验、理论分析与模拟计算等方法,就黄土塬区补充灌溉条件下冬小麦生长与水分效应、不同覆盖条件下春玉米生长特征与温室气体排放进行研究,对于田间水分管理及提高水肥利用效率具有实际指导意义,主要研究结果如下:1、为了定量的分析不同灌水处理下冬小麦叶面积指数和地上生物量的累积变化过程,在经典Logistic曲线模型的基础上,分别以株高和耗水量为自变量,通过标准化处理并基于有效积温和株高建立了小麦叶面积指数和地上生物量的普适模型。2、Aqua Crop模型对优化黄土旱塬亏缺灌溉策略是一个非常有用的工具,但该模型难以模拟冬小麦越冬期生长过程。模型在丰水年和平水年对籽粒产量的模拟效果比干旱年的好。模拟结果也显示,通过补充少量的灌溉可以取得较高的产量。虽然Aqua Crop模型模拟旱塬冬小麦越冬期生长过程效果较差,但模型能很好地对作物生长其他不同阶段发生的轻度水分胁迫进行模拟,可以为灌溉策略调整提供参考。3、Aqua Crop模型可用于模拟旱塬施氮对冬小麦产量影响。结果也表明,该地区N3(225 kg N ha-1)处理的籽粒产量最高。模型对高氮水平(300 kg N ha-1,375kg N ha-1)产量模拟效果较差。4、地膜覆盖改善了旱塬玉米生育前期的土壤温度和水分条件,加速了玉米的生长发育进程,增加了收获期单位面积穗数,并显著提高了玉米产量和水分利用效率。秸秆覆盖显著提高了玉米整个生育期0-200 cm剖面土壤贮水量。砂砾覆盖对生育期土壤水贮水量影响不大,增产效果不明显,后两年甚至降低了籽粒产量。5、砂砾覆盖对CO2的排放有促进作用,对N2O排放有一定的抑制作用。秸秆覆盖增加了土壤CO2和N2O的排放量。各处理对旱地CH4排放的影响有较大的不确定性。与不覆盖处理相比,地膜覆盖仅增强了施肥后N2O的排放峰值,但是没有增加N2O和CO2排放通量。6、在5 cm-20 cm土层内,随着土壤深度的增加,CO2的浓度呈增加趋势。在10 cm和20 cm内N2O浓度接近,都高于5 cm处的浓度值,但差异不显著。CH4的浓度空间变化不明显。N2O的排放只与20 cm深度水分有显著的正相关关系,CO2的排放与土壤温度呈显著正相关关系。CH4的排放与20 cm土壤温度水分都有显著的正相关关系。而三种温室气体之间,只有N2O和CO2排放有显著的正相关关系。