冬小麦是渭北旱塬地区主要的粮食作物，而长期的土壤贫瘠与水资源缺乏极大的制约着旱区农业的发展，所以加强水肥管理是该地农业生产中的核心问题。如何采取有效措施来提高水分和养分利用效率、增加作物产量，并改善土壤质量已成为研究的热点。本研究以冬小麦为研究对象，于2009年9月至2012年6月在陕西省澄城县雷家洼乡布置田间试验，处理分传统施肥灌水的农户模式和优化水肥管理的模式。通过研究陕西渭北旱塬南端农户模式和不同水肥优化管理模式对冬小麦产量、水氮利用效率及土壤质量等的影响，旨在为实现该区冬小麦高产、水肥高效及农业可持续发展提供理论依据。研究取得如下主要结论：1、冬小麦产量呈逐年递增，三季小麦优化模式平均产量较农户模式分别增产21.5%、31.5%和15.8%；较不施氮的对照处理分别增产107.5%、93.5%和74.1%。产量三要素中，有效穗数为影响产量的关键因素，在降水丰沛的第三年，穗粒数亦有所提高，粒重对产量的影响最小。2、冬小麦群体数量由苗期开始不断增加，至返青期达到最大值，然后开始下降。干物质积累是产量形成的基础，各处理小麦干物质积累过程呈“慢-快-慢”变化趋势，以拔节-灌浆期积累速度最快。第三年试验中，采取优化施肥灌水、秸秆覆盖及配施有机肥等措施的优化模式平均干物质积累总量显著高于其他处理，较农户模式、对照分别提高21.8%和31.0%。3、2009^-2010年优化模式平均WUE为11.1kg·hm^-2·mm^-1，较农户模式平均提高25.0%；2010^-2011年优化模式WUE平均为12.5kg·hm^-2·mm^-1，比农户模式高出25.5%；2011^-2012年优化模式平均WUE为10.9kg·hm^-2·mm^-1，比农户模式高出11.1%。施氮与灌水可以提高冬小麦总耗水量。拔节期追氮补灌、秸秆覆盖、配施有机肥有利于水分利用效率进一步提高。4、氮肥利用率结果表明，干旱缺水及返青期大水漫灌均加剧土壤硝态氮的累积，而氮肥后移结合秸秆覆盖措施可以显著降低土壤中硝态氮的残留。拔节期追氮补灌较农户模式可以有效提高小麦对氮素的吸收累积，三季冬小麦收获后，优化模式氮素累积量平均较农户模分别提高37.22%、32.68%和32.22%。结合秸秆覆盖和有机肥较农户模式显著提高了植株对氮、磷、钾的吸收利用。5、0²0cm土层中，结合有机肥、秸秆覆盖的优化模式3有机质含量分别较农户模式、对照显著提高5.84%、17.96%；优化模式全氮含量平均较农户模式、对照处理分别增加17.91%、29.51%；土壤速效磷、速效钾含量以优化模式3-、3-1处理显著高于其他处理，20⁴0cm土层各处理养分差异不显著。优化模式3-1、3-2容重较低。优化模式脲酶活性平均较农户模式增加20.12%，较对照增加31.77%。其中优化氮磷钾配比+有机肥+秸秆处理的脲酶、蔗糖酶及磷酸酶活性最高。土壤脲酶、碱性磷酸酶、蔗糖酶活性与土壤有机质、全氮、速效磷含量间呈显著或极显著正相关，而与速效钾含量的相关关系未达显著水平。在渭北旱塬有限灌溉条件下，优化模式经济效益显著高于传统的农户模式。以拔节期追氮补灌、秸秆覆盖、配施有机肥相结合的优化模式3-2是较理想的水肥高效、改善土壤质量的栽培模式，值得大力推广。