黄土高原干旱半干旱区总体上降雨量少且土壤肥力低下,在当前产量已经达到较高水平下,研究如何通过合理的耕作栽培措施进一步调控根层水分养分,提高对地上群体的支撑和调控作用,对进一步提高产量和水分利用效率,促进黄土高原旱地农业的可持续发展,具有重要的意义。基于此,本试验选择在黄土高原典型旱作农业区—陕西长武地区进行定点试验,通过采用增密、减氮减磷、氮肥分期施用、配施有机肥及生物炭等措施,构建了四种栽培模式,研究了不同栽培模式下旱地小麦土壤养分水分及作物根系分布间的相互关系,以及对地上群体的支撑和产量形成的调控作用,并进一步探讨了降水转化环节中各转化比率在冬小麦不同生育期中的变化规律及不同栽培模式对其的调控能力,论文主要结果如下:1.对三年数据进行平均后得出,相比于农民传统模式(FP,4752 kg·hm-2;12.44kg·hm-2·mm-1),高产高效模式M（HEM）和高产高效模式B（HEB）产量分别提高23%及16%,水分利用效率增加18%及14%;相比于高氮模式(HN,5132 kg·hm-2;13.37 kg·hm-2·mm-1),HEM和HEB在氮肥用量减少14%—29%的前提下产量分别提高14%及8%,水分利用效率增加10%及6%,氮肥效率（PFPN）增长59%（38.9kg/kg N）及26%（30.7 kg/kg N）。2.HEM和HEB能够在冬小麦播前及生育期内维持相对较高的土壤硝态氮含量,更大程度上满足了冬小麦生长养分需求,同时其浅层（0—60 cm）及深层（100—200cm）土壤内根系密度也明显大于FP和HN,有利于冬小麦对土壤养分及水分的吸收,尤其是生育后期对深层土壤水分的利用（HEM和HEB在返青期—成熟期比其它两种栽培模式多消耗11—35 mm（100—300 cm土层）有效储水）。养分、根系和水分间良好的相互作用关系使得HEM和HEB在冬小麦生育期内始终保持较高的群体总数,并在收获期时保证较高的穗数,最后实现增产。3.不同模式土壤水分消耗特征可以分为两个阶段,即播种到返青阶段和返青到成熟阶段。HEM和HEB在播种到返青阶段土壤水分相比FP和HN为平衡补充阶段,在返青期到成熟期消耗大于以上两种模式。其中,0-60 cm浅层土壤中的有效水含量受初期该层内有效储水量及降水量影响较大;60-100 cm过渡层土壤中的有效水含量受初期该层内有效储水量影响较大,但受降水量影响不明显;当冬小麦播前100—300 cm土层中有效储水量过高时（≥239 mm）,会造成播前—返青期深层土壤有效水分的流失;当其播前100—300 cm土层中有效储水量适中时（≈200 mm）,播前-返青期深层土壤有效储水量基本不变;而当播前100—300 cm土层中有效储水量较低时（170—200mm）,在返青期之前该层有效储水处于持续补充状态,平均补充22 mm,至返青期其有效储水量近似达到200 mm。4.不同降水年型对降水转化过程中各转化比率大小影响显著,表现为降水量越少的年份其降水留存率越低,而降水吸收率、农田水分消耗率及降水利用效率反之越高。即冬小麦生育期降水量较少时,其拔节期—收获期的农田水分消耗率随之提高,有效减弱了休闲期—播前土壤水分的无效蒸发,最后提高冬小麦周年（休闲期+生育期）水分利用效率。相比于FP和HN,HEM和HEB下冬小麦拔节期之后的生育后期降水留存率降低,降水吸收率、农田水分消耗率、地上干物质量水分利用效率及降水利用效率均有所提高,并且除地上干物质量水分利用效率和降水利用效率之外,其它比率的提高比例在降水更少的年份较大,而地上干物质量水分利用效率和降水利用效率的提高比例则在降水更多的年份较大。本研究表明,高产高效模式通过改善根层养分,促进了深层根系的生长,从而增加了冬小麦返青期到成熟期深层水分的利用程度,支撑地上群体的生长,提高产量以及水分和养分利用效率。高产高效模式在播种到返青阶段土壤水分为平衡补充阶段,在返青期到成熟期消耗更大为消耗阶段,调控了土壤水分的时空分布,进而提高了水分利用效率。同时,高产高效模式通过降低土壤水分无效蒸发量提高了冬小麦播前—返青期地上干物质量水分利用效率及蒸腾效率,而在返青期—收获期降低土壤水分无效蒸发量的同时也提高了冬小麦蒸腾量,使得生育后期地上干物质量水分利用效率及蒸腾效率并未有所增长,但总体而言,其产量及降水利用效率均随着蒸腾比率的提高而同步提高。