【目的】采用大田覆膜栽培技术,研究西北黄土塬区覆膜和施肥量对玉米产量、根层土壤硝态氮分布和去向的影响,为西北黄土塬区合理施氮和农业可持续发展提供理论依据。【方法】试验共设置6个处理,分别为:（1）对照组（CK）:不施肥、不覆膜;（2）覆膜和不施肥处理（MN0）;（3）施基肥(氮肥80 kg·hm^-2,磷肥80 kg·hm^-2)和不覆膜处理（BN1）;（4）施基肥(氮肥80 kg·hm^-2,磷肥80 kg·hm^-2)和覆膜处理（MN1）;（5）施基肥(氮肥80kg·hm^-2,磷肥80 kg·hm^-2)、追施氮肥(氮肥80 kg·hm^-2)和不覆膜处理（BN2）;（6）施基肥(氮肥80 kg·hm^-2,磷肥80 kg·hm^-2)、追施氮肥(氮肥80 kg·hm^-2)和覆膜处理（MN2）,测定玉米产量、土壤水分、土壤硝态氮分布和玉米地上部氮素吸收量的差异。【结果】玉米地上部干物质积累量随着生育期的推进呈持续增加的趋势,干物质积累速率也随之增加,两年的干物质积累量主要表现为MN2>BN2>MN1>BN1>CK>MN0;玉米产量随着地上部干物质积累量的增加而增加,覆膜和施肥显著提高玉米产量,2012年,BN1和MN1处理的产量比CK处理分别提高了31.41%和38.33%,BN2和MN2处理的产量比CK处理分别提高了49.89%和79.06%;覆膜提高了玉米根层土壤水分含量,在整个生育期的影响程度为先增加、后降低;随生育期推进,不施肥处理根层土壤硝态氮含量持续下降,土壤上层（0—50 cm）硝态氮含量略大于下层（50—100 cm）,土壤上、下层间的硝态氮含量差异逐渐减弱;在施基肥和追肥处理下,覆膜有提高土壤硝态氮含量的作用;玉米地上部对根层氮素的吸收率与施肥量正相关,覆膜和施肥对玉米氮素吸收量影响显著,在不施肥条件下,覆膜对氮素吸收量影响不显著;覆膜处理的氮素去向表现为:植株地上部氮素吸收量>氮素残留量>氮素表观损失量;两年的氮肥回收率表现为MN2>BN2>MN1>BN1,覆膜可以显著提高氮肥回收率。【结论】综合考虑玉米产量、氮素表观损失和氮肥利用率,施基肥(氮肥80 kg·hm^-2,磷肥80kg·hm^-2)、追施氮肥(氮肥80 kg·hm^-2)和覆膜处理（MN2）显著提高玉米产量、表层土壤含水量,以及减缓硝态氮向深层迁移速度、降低氮素表观损失量和提高氮肥利用率,推荐MN2处理为最佳处理。