黄土高原是中国主要的冬小麦产地之一，探究该地区实际产量、水分限制产量、氮素限制产量与潜在产量之间产量差的时空分布特征，有助于定量估计区域内冬小麦产量的可提升空间，揭示限制产量提高的主要因素，明确未来提升作物产量的重点区域和优化增产的关键措施。本研究在全球产量差评估系统中的GYGA-ED（Global Yield Gap Atlas Extrapolation Domain）法划分的气候区基础上，根据冬小麦生育期内需要的有效生长积温(GDD)、干旱指数（年平均降水量/年平均蒸腾量）、DEM和地形因素，在保持了县界完整性的前提下，将黄土高原冬小麦种植区划分为4个农业气候区（Ⅰ，Ⅱ，Ⅲ和Ⅳ）。基于冬小麦种植区内32个气象站1961-2016年逐日气象资料、土壤数据、作物管理资料和各省市的统计年鉴，结合APSIM–Wheat模型模拟和ArcGIS空间分析功能，分析研究区冬小麦各级产量差的时空分布特征，解析引起产量差的主要限制因素并量化其限制程度。根据1961-2016年冬小麦生长季内逐年的降水量，将其划分为三种降水年型，明确了不同降水年型下的灌溉水利用效率（Irrigation water use efficiency，IWUE）和氮肥农学效率（Agronomic efficiency of applied Nitrogen，AE_N），并探讨了不同降水年型下黄土高原各区域冬小麦产量的提升空间。主要结果如下：

（1）1961-2016年黄土高原冬小麦潜在产量最高，氮素限制产量最低，产量面积加权平均值分别为8868.62kgha^-1和5415.61 kgha^-1。55年来潜在产量、水分限制产量每年分别减少9.6 kg ha^-1、21.17 kg ha^-1yr^-1，氮素限制产量则每年增加0.92kg ha^-1。水分限制产量变异系数最大，为14.3%，该产量稳定性最差。各气候区中，Ⅰ区冬小麦潜在产量最高，氮素限制产量最低。Ⅲ区潜在产量最低而氮素限制产量最高。Ⅱ区水分限制产量最高，而Ⅳ区水分限制产量最低。

（2）气候变化背景下，冬小麦生长季内的太阳辐射、降水量、最高温度分别是影响黄土高原冬小麦潜在产量、水分限制产量和氮素限制产量的主要因素，均为正效应（P<0.01），相关系数分别为0.64、0.83和0.63。

（3）黄土高原冬小麦实际产量的空间差异明显，整体呈西北高东南低的空间分布特征，全区平均产量为3382kg ha^-1，以每年增加64.99 kg ha^-1的幅度上升。提高Ⅰ区的化肥施入，Ⅱ和Ⅲ区的农业机械投入，Ⅳ区的灌溉量可以最大程度地增产。

（4）黄土高原冬小麦产量仍旧具有很大的提升空间，影响各气候区产量提高的主要限制因素不同。黄土高原冬小麦实际产量仅达到潜在产量的43%，提升空间较大。两者之间产量差的平均值为5046.58 kg ha^-1，2005-2016年，以每年174.62 kg ha^-1的幅度下降。水分限制产量占潜在产量的比例为73％，仍旧有一定的提升空间。两者之间产量差的平均值为2353 kg ha^-1。55年来该产量差平均每年增加11.57 kg ha^-1。由氮素限制引起的产量差平均为3430 kg ha^-1。氮素限制产量占潜在产量的比例为61％，提升空间稍大。55年来该产量差呈缩小趋势，每年下降11.57 kg ha^-1。氮肥对黄土高原冬小麦产量影响最大，水分其次，但是对各地区的影响程度不同，其中氮肥水平对Ⅰ区的影响最大，水分投入对Ⅳ区的影响最大。

（5）干旱年型黄土高原冬小麦IWUE最高，为52.31%。在该年型下通过补充灌溉，产量的可提升空间最高，为39.9%。各气候区中，增加Ⅰ区的灌溉投入，得到的收益回报更大。湿润年型黄土高原冬小麦AE_N最高，为50.11%。该年型下施加氮肥产量提升空间最高，为40.3%。提高Ⅲ区的氮肥利用效率是缩减该区氮肥限制造成的产量差的关键。