干旱区农田水盐与养分相互作用关系及其带来的土壤盐渍化、化肥残留等环境问题,是当前国际研究热点。膜下滴灌技术解决了新疆干旱区沙漠改农田绿洲的问题,并实现了节水、节肥、增产和省地的目的。然而,长期膜下滴灌改变了农田生态系统的水循环过程,从而导致盐分和养分在时间和空间分布上的特殊性,并出现了土壤盐分胁迫、肥料累积等环境问题。本文以新疆玛纳斯河流域膜下滴灌农田生态系统为研究对象,将流域尺度（玛纳斯河流域调研）、根际尺度（站点试验）、田间尺度（农田排水排盐工程）相结合,通过区域化变量理论、15N同位素示踪技术、竖井与暗管排水协同滴灌淋洗工程,定量揭示干旱区膜下滴灌农田生态系统水盐与养分的空间变异、累积过程;阐明根际尺度土壤盐胁迫下的棉花养分吸收机理以及土壤水盐与养分的交互效应、协同机制;探索水利改良措施下盐渍土的改良效果与土壤盐平衡规律。为新疆干旱区膜下滴灌水肥的高效利用,水资源和环境安全管理提供理论基础和科学支撑。本文的研究结论主要包括以下3个方面:（1）流域尺度空间格局方面。2019-2020年玛纳斯河流域土壤含盐量呈现强空间变异性与弱空间自相关性,并且受土壤、地形和昼夜增温等影响的随机概率较小,但它不会引起土壤总氮含量空间异质性的改变;土壤含水率较强的空间自相关性会引起土壤含盐量、总氮含量的空间变异;当考虑各向异性时,土壤总氮含量的空间变异性主要受耕作活动、成土母质等结构性因素共同作用。土壤总氮含量主要在0-20 cm土层的绿洲灌区平原累积,例如石河子灌区土壤总氮含量的年均涨幅为0.016 g kg-1;绿洲灌区平原区盐渍化土壤面积占全流域面积的20.6%-25.7%,约10426 km~2,并且所占比例随土层的增加逐渐增大;玛纳斯河流域土壤肥力等级为一级（极高）、二级（高）和三级（中上）的最大分布面积及比例均在山前冲积扇。（2）根际尺度水盐与养分协同方面。在轻度(4.2-8.8 g kg-1)与重度盐渍化(15.5-20.0 g kg-1)土壤条件下,土壤养分与盐分之间存在极其显著的交互效应（P＜0.01）,二者之间的交互效应受外界环境的干扰较小,具有显著的耦合作用;当土壤含盐量在轻度盐渍化以内(＜8.8 g kg-1)时,棉花吸收的肥料氮素主要分配到果实,其中0-20 cm、20-40 cm、40-60 cm土层中肥料氮向棉花果实分配的比例分别为10.92%、10.31%、6.14%;当土壤含盐量超过轻度盐渍化(＞8.8 g kg-1)时,肥料在土壤中的总累积比例均超过40%,棉花直接从肥料中吸收的氮素主要分配的去向为茎,通过棉花茎进一步向叶和果实转运的氮素含量受到来自土壤盐胁迫的限制。（3）盐渍化改良与灌溉优化方面。应用暗管和竖井排水改良期间地下水水位、土壤含盐量总体降幅分别达到2.5 m,29.2 g kg-1。水平距离竖井越远（60 m）,土壤含盐量降幅越大;深层渗漏对土壤盐平衡的影响主要表现在盐分淋溶期间,占盐分总输出量的52.2%;在无淋洗的情况下,试验区0-200 cm土壤含盐量将在8年内达到改良前的盐渍化水平,因此,我们建议在灌水量4050 m~3hm-2、施氮量525 kg hm-2情况下,合理分配剩余10%的棉花灌水量,每隔1-2年用于作物休耕期的土壤淋洗与排水措施,可有效控制土壤盐渍化危害。