【目的】明确绿肥与麦秸协同还田对春小麦（Triticum aestivum L.）水分利用特征的影响，对干旱灌区应用绿肥构建小麦水分高效可持续生产模式具有重要支撑作用。【方法】本研究采取随机区组试验设计，以麦后休闲（W）为对照，设置了麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田（W-NTGS）、麦后免耕播种绿肥+绿肥单一还田（W-NTG）、麦后浅旋灭茬播种绿肥+绿肥单一还田（W-TG）3个处理，对小麦耗水特征、籽粒产量、水分利用效率（WUE）和灌溉水利用效率（WUEi）进行了研究。【结果】复种绿肥较麦后休闲显著增加了小麦播前0—50 cm土层的土壤贮水量，其中W-NTGS处理小麦播前0—10、10—20、20—30、30—50 cm土层的土壤贮水量，分别较W-NTG处理增加了22.1%、30.2%、21.5%和11.1%，较W-TG处理增加了26.2%、33.2%、26.5%和16.4%；而W-NTG与W-TG处理间小麦播前0—110cm的土壤贮水量均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲分别使小麦耗水量、棵间蒸发量和蒸散比平均减少7.0%—7.1%、11.7%—20.1%和5.2%—15.9%，在复种绿肥中，W-NTGS处理小麦耗水量较W-NTG处理在2021年减少6.4%，较W-TG处理在2020和2021年平均减少6.1%;W-NTGS处理小麦棵间蒸发量分别较W-NTG、W-TG处理平均减少9.7%和13.6%，蒸散比分别降低6.2%和11.3%,W-NTG与W-TG处理间的耗水量、棵间蒸发量、蒸散比均无显著差异。复种绿肥较麦后休闲使小麦籽粒产量增加6.4%—16.8%，其中W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理平均增加6.6%和9.8%,W-NTG与W-TG处理间的小麦籽粒产量差异不显著。与麦后休闲相比较，复种绿肥使小麦WUE、WUEi分别提高11.9%—30.7%和6.4%—16.8%，复种绿肥之间相比较，W-NTGS处理分别较W-NTG、W-TG处理的WUE平均提高10.9%和16.8%,WUEi平均提高6.6%和9.8%,W-NTG与W-TG处理间的WUE和WUEi差异不显著。【结论】麦后免耕播种绿肥+绿肥与麦秸全量还田（W-NTGS）可显著增加小麦播前0—50 cm土壤贮水量，减少小麦季土壤水分的无效损耗，从而在减少小麦耗水量的同时增加籽粒产量，最终显著提高农田水分利用效率和灌溉水利用效率，可作为干旱灌区小麦复种绿肥水分高效利用推荐技术。