本研究以作物水分利用效率、氮素吸收转运利用效率的提高技术中的关键科学问题为核心，提出了水资源高效利用技术，探明了氮素高效利用技术，揭示了不同田间管理技术下根区水分运移特征以及耗水量和水分利用效率的变化规律，进一步探明了黄土高原大田作物对不同田间管理模式的响应机制。本研究在基础理论和应用模式等方面均取得了突破。针对马铃薯和玉米等多种作物开展节水提质增效机理解析，农田土壤生态系统与作物产量品质的互作效应模拟，最优水肥管理模式构建及精准灌溉决策研究，具有一定的国际影响。相关研究成果发表在BMC Plant Biology、Journal of Soils and Sediments、Agronomy 、Journal of Plant Nutrition等期刊上。本研究构建了土壤养分与环境因子之间的耦合模型，确定了土壤环境与养分空间分布的响应关系，阐明了农田水肥迁移过程与作物产量的耦合关系。确定了土壤硝态氮与土壤水分动态迁移交互影响因素，厘清了施氮量对土壤氮素残留、氮素吸收和氮素转运的作用机理，建立了作物产量、品质、水肥利用效率和经济效益的耦合模型。农田土壤生态系统与作物产量品质互作技术等项目成果被延安市农科所、吴起县农业农村局等多家单位在生产实践中应用。实现了土壤健康恢复和作物提质增效功能稳定提升，取得了显著的社会经济效益和生态效益，项目研究成果具有广阔的应用前景。