为探索陇中旱农区春玉米适宜的氮肥施用方案,本试验以甘肃农业大学旱作农业综合实验站2012年设定的氮肥运筹定位试验为依托,研究了四个氮肥水平(N0:不施氮肥,N1:施氮100 kg·hm-2,N2:施氮200 kg·hm-2,N3:施氮300 kg·hm-2)和两个施肥时期及分配比例（T1:1/3基肥+2/3拔节期追肥、T2:1/3基肥+1/3拔节期追肥+1/3大喇叭口期追肥）对玉米籽粒产量和水氮利用效率的影响,并从玉米生长发育、叶片抗衰老特性的角度探讨了氮肥运筹影响玉米籽粒产量和水氮利用效率的主要机制。主要结果如下:1.适宜的氮肥施用能显著提高玉米产量和水氮利用效率。玉米的籽粒产量和水分利用效率随着施氮量的增加而增加,N1、N2和N3水平下的玉米籽粒产量分别较N0增加了94.14%、170.99%和189.13%,水分利用效率分别较N0提高了79.31%、140.85%和160.81%,但N2和N3水平下,玉米的籽粒产量和水分利用效率差异均不显著。方程拟合的最高籽粒产量及对应施氮量均接近N3水平。氮肥偏生产力和氮肥农学效率随着施肥水平的提高而降低。N2水平下的氮肥偏生产力和氮肥农学效率分别较N3水平提高了40.58%和35.60%。施肥时期及分配比例对以上指标无显著影响。2.施氮促进玉米的生长发育。各施氮水平显著增加了玉米的株高、叶面积指数和干物质积累量,但当施氮量超过200 kg·hm-2时,上述指标不再显著增加。施氮时期及分配比例对玉米的生长发育没有显著影响。3.施氮提高了玉米叶片抗衰老性能和抗旱性。抗衰老保护酶SOD（超氧化物歧化酶）、POD（过氧化物酶）和CAT（过氧化氢酶）活性及MDA（丙二醛）、可溶性蛋白含量均随着施氮量的增加而提高,N3水平的抗衰老保护酶系统综合得分较N2水平提高了200.00%;施肥时期及分配比例对以上指标影响不显著。在水分亏缺时,可溶性糖含量随着施氮量的增加而增加,玉米抗旱性增强,而在水分充足时,可溶性糖含量主要受氮素胁迫的影响,随着施氮量的增加呈减小趋势。4.施氮促进玉米的光合作用。玉米叶片的叶绿素含量、净光合速率、蒸腾速率、气孔导度、PEPC（磷酸烯醇式丙酮酸羧化酶）、Rubisco（核酮糖-1,5-二磷酸羧化酶）和PPDK（丙酮酸磷酸双激酶）活性均随着施氮水平的提高而提高。N1、N2和N3水平下玉米的平均净光合速率较N0分别提高了74.23%、128.22%和158.90%,N3水平的光合特性综合得分较N2水平提高了50.00%。5.玉米籽粒产量与抗衰老保护酶系统综合因子（0.912**）和光合特性综合因子（0.971**）均呈正相关关系;玉米籽粒产量与氮肥偏生产力（-0.725**）和氮肥农学效率（-0.278）呈负相关关系。综上所述,合理的氮肥运筹能够增强玉米的抗旱能力,同时,合理施氮能够提高叶片抗衰老保护酶活性和可溶性蛋白含量,增强玉米的抗衰老能力,提高玉米叶片的叶绿素含量、光合关键酶活性和净光合速率,促进生育后期干物质的积累和转运,从而提高玉米籽粒产量、水分利用效率和氮肥利用效率,促进玉米可持续生产。综合考虑产量和水氮利用效率,建议在陇中旱农区春玉米施氮200 kg·hm-2,按1/3基肥+2/3拔节期施用。