陇东旱塬（也指董志塬）是黄土高原最大的塬面,也是甘肃省重要的粮产区。但是当地传统单一的粮食种植业结构已逐渐不能满足居民食物结构多元化的需求,也难以进一步提高农业生产效益。优化种植业结构、实施草田轮作、协同发展粮草畜产业,是提升农业生产系统经济效益和生态效应的重要途径。但是陇东地区雨水资源不足,种植饲草对土壤水分养分平衡的影响效应还不确定。因此,本研究以陇东地区常用的4种一年生饲草作物（饲用玉米（Zea mays）、谷子（Panicum milliaceum）、燕麦（Avena sativa）和箭筈豌豆（Vicia sativa））为研究对象,研究不同作物及播种方式对土壤水氮分布及水氮利用效率的影响。大田试验于2019-2020年在甘肃庆阳兰州大学草地农业生态系统野外科学观测研究站开展;试验设置5个处理,分别为饲用玉米单作、谷子单作、燕麦单作、箭筈豌豆单作和燕麦/箭筈豌豆混播;测定并分析了饲草干物质产量、粗蛋白产量、土壤水分、土壤氮素、水分利用效率和氮素利用效率等指标。主要结果如下:（1）试验表明C4作物（饲用玉米和谷子）的干物质产量和粗蛋白产量显著高于C3作物（燕麦、箭筈豌豆和燕麦/箭筈豌豆混播）（P<0.05）。2019和2020年饲用玉米的干物质产量分别为28.6和24.5 t hm-2,粗蛋白产量分别为2.3和1.8t hm-2,为所有处理中最高。2019年C3作物中燕麦的干物质产量最高,比箭筈豌豆和燕麦/箭筈豌豆混播分别高3.5和2.9 t hm-2,而燕麦、箭筈豌豆和燕麦/箭筈豌豆混播的粗蛋白产量之间没有显著差异;2020年燕麦/箭筈豌豆混播的干物质产量最高,比燕麦和箭筈豌豆高1.7和1.9 t hm-2,箭筈豌豆单播的粗蛋白产量最高。（2）2019年饲草作物生长季末期,燕麦/箭筈豌豆处理0-200 cm土层的平均土壤含水量最高,比饲用玉米、谷子、燕麦和箭筈豌豆高5.9%、4.7%、1.2%和0.6%。2020年饲用玉米土壤含水量依然为最低,比谷子、燕麦、箭筈豌豆和燕麦/箭筈豌豆混播处理的土壤含水量低30.0%、25.9%、22.5%和28.9%。2019年饲用玉米的耗水量与干物质水分利用效率均最高,分别为469.6 mm和61.1 kg hm-2 mm-1;燕麦的粗蛋白水分利用效率最高(6.9 kg hm-2 mm-1)。燕麦/箭筈豌豆混播处理的耗水量比燕麦和箭筈豌豆单作分别降低18.4%和20.0%,水分利用效率均介于燕麦单作和箭筈豌豆单作之间。2020年饲用玉米的耗水量与干物质水分利用效率依然为最高,分别334.1 mm和74.7 kg hm-2 mm-1;箭筈豌豆的粗蛋白产量水分利用效率最高,为6.4 kg hm-2 mm-1。燕麦与箭筈豌豆混播的干物质水分利用效率和粗蛋白水分利用效率分别比单作燕麦提高19.4%和35.1%。（3）2019年燕麦的氮肥偏生产力最高,为242.2 kg kg-1,比饲用玉米、谷子、箭筈豌豆以及燕麦/箭筈豌豆混播分别高27.1%、120.6%、61.1%和45.6%。2020年燕麦/箭筈豌豆混播处理的氮肥偏生产力最高,为200.6 kg kg-1,谷子最低(88.8 kg kg-1)且显著低于其他作物（P<0.05）。2019年氮素利用效率最高的是燕麦-箭筈豌豆混播,为96.8 kg kg-1,其次是谷子(83.5 kg kg-1)、箭筈豌豆最低(33.5 kg kg-1)。燕麦/箭筈豌豆混播显著高于燕麦单播和箭筈豌豆单播（P<0.05）。2020年氮素利用效率最高的同样是燕麦/箭筈豌豆混播(87.0 kg kg-1),其次是饲用玉米(84.4 kg kg-1),箭筈豌豆单播最低。燕麦/箭筈豌豆混播的氮素利用效率比燕麦和箭筈豌豆单作分别高34.5和52.4 kg kg-1。综上,本试验研究的几种一年生饲草作物在饲草生产、水分利用和氮素利用方面各有优势,可以用于陇东旱塬区粮草轮作系统的构建和种植结构的调整。玉米干物质产量和水分利用效率最高,但耗水需肥量大,可能会对后茬粮食作物的生长造成不利影响;燕麦-箭筈豌豆混播与单作相比可在增加产量的同时提高水氮利用效率。实际应用中,应根据不同粮食作物的水肥消耗特征选择与之相匹配的饲草作物,农业系统尺度不同饲草与粮食作物的轮作效应及粮草轮作模式优化还需通过试验和模型模拟等手段进一步深入研究。