شرایط اقلیمی استان اصفهان، کیفیت آب، بافت و مواد آلی خاک، انرژی خورشیدی، توپوگرافی، ارتفاع از سطح دریا و غیره از غرب تا شرق بسیار متفاوت است. مجموعه این عوامل سبب می¬شود که در مناطق مختلف استان عملکرد گندم و جو پاییزه یکسان نباشد؛ بنابراین ضرورت دارد، از زمان کشت و نوع مدیریت آب و کود نیتروژن برای افزایش تولید و کاهش آب مصرفی اطلاع داشت. مناطق غرب و شمال غرب استان که از مناطق عمده کشت گندم و جو در استان به شمار می‌روند. به دلیل استفاده بی‌رویه از کودهای نیتروژن و عدم تطبیق کود مصرفی با نیاز گیاه در طی دوره رشد، آبیاری نامناسب و عدم توجه به تأثیر الگوهای بارش بر تلفات کود نیتروژن، منابع آبی این مناطق آلوده شده‌اند. تمرکز اصلی این پژوهش بر روی مدیریت جامع آب و کود به‌خصوص در مناطق بالادست حوضه زاینده‌رود است. بااین‌حال برای جامع‌تر و کاربردی‌تر شدن پژوهش به بررسی پتانسیل تولید گندم و جو در سطح حوضه زاینده‌رود نیز پرداخته شد. تیمارهای آزمایشی گندم رقم پیشگام و جو رقم نصرت شامل سه سطح نیتروژن: kg ha-150 (N1)، kg ha-1100 (N2) و kg ha-1200 (N3) و همچنین دو سطح آبیاری، کم آبیاری (I1) و آبیاری کامل در سایت آزمایشی واقع در بالادست حوضه زاینده‌رود در قالب طرح کاملاً تصادفی پیاده‌سازی شد. به‌وسیله داده‌های سایت آزمایشی به همراه اطلاعات برداشت شده از پنج مزرعه نمونه گندم و سه مزرعه نمونه جو طی سه فصل زراعی 96-95، 97-96 و 98-97 مدل‌های CERES-Wheat و CERES-Barley واسنجی و ارزیابی شدند. برای بررسی تأثیر الگوهای بارش بر مدیریت کود نیتروژن در بالادست مدل‌های واسنجی شده برای 25 سناریوی مختلف کود شامل پنج سطح مختلف نیتروژن (50-250 کیلوگرم در هکتار) و پنج الگوی تقسیط نیتروژن و داده‌های هواشناسی بلندمدت از سال‌های 1992 تا 2020 اجرا شد. نتایج مدل، شامل: شاخص‌های عملکرد و معیارهای مختلف عملکرد (Y)، بهره‌وری آب (WP)، بهره‌وری آب آبیاری (IWP)، باقیمانده نیتروژن در خاک (NR)، آبشویی نیتروژن (NL)، راندمان استفاده از نیتروژن در دسترس (ANUE)، راندمان جذب نیتروژن (NAE) و راندمان استفاده از نیتروژن (NUE)، بر اساس شاخص شدت خشکسالی پالمر (PDSI) به چهار گروه مجزا طبقه‌بندی شدند. PDSI: A در تمام فصل زراعی مثبت، :B PDSI در تمام فصل منفی، گروه C: شش ماه اول مثبت و شش ماه دوم منفی و گروه D: شش ماه اول منفی و شش ماه دوم مثبت. شاخص‌ها به روش تجزیه‌وتحلیل مؤلفه اصلی (PCA) مورد بررسی قرار گرفتند و بر اساس آن سناریو بهینه انتخاب شد. همچنین برای تعیین بهترین تاریخ کاشت و پتانسیل عملکرد در بالادست حوضه زاینده‌رود از ضرایب واسنجی شده و در سطح حوضه از ضرایب ژنتیکی تحقیقات گذشته و با استفاده از داده‌های روزانه هواشناسی بلندمدت 10 ایستگاه سینوپتیک و 63 پروفیل خاک در سطح حوضه استفاده شد. کم آبیاری در نواحی بالادست حوضه زاینده‌رود بهره‌وری آب آبیاری برای گندم و جو را به ترتیب 55 و 83 درصد افزایش داد. استفاده از 100 کیلوگرم کود نیتروژن در هکتار به‌جای 200 کیلوگرم بر هکتار رایج در این مناطق عملکرد گندم و جو را به ترتیب 7/11 و 5/14 درصد کاهش داد. در مقابل، تلفات نیتروژن به ترتیب به میزان 6/56 و 1/66 درصد کاهش یافت. به‌طورکلی مصرف کود نیتروژن به میزان 150 کیلوگرم در هکتار در بالادست حوضه رودخانه زاینده‌رود هم از نظر افزایش عملکرد و هم حفظ محیط‌زیست به‌عنوان یک مقدار بهینه توصیه می‌شود. بااین‌حال، مناسب‌ترین الگوی تقسیط نیتروژن به PDSI هر فصل زراعی و ظرفیت نگهداشت آب در خاک (AWC) بستگی دارد. بر اساس نتایج، تاریخ کاشت مناسب برای کشت گندم و جو در مناطق فریدن، فریدونشهر و چادگان 26 شهریور تا 15 مهر، خوانسار و تیران 26 شهریور تا 25 مهر، گلپایگان پنجم مهرماه تا پنجم آبان، لنجانات، نجف‌آباد، کبوتر آباد و ورزنه 15 مهر تا 25 آبان‌ماه می‌باشد. در شرایط بدون محدودیت، متوسط پتانسیل تولید گندم و جو در سطح حوضه به ترتیب 443±11914 و 510±7834 کیلوگرم بر هکتار و پتانسیل WP به ترتیب 11/0±73/1و 1/0±51/1 کیلوگرم بر متر مکعب به دست آمد. IWP گندم و جو به ترتیب برای مناطق غرب (چادگان، فریدن و فریدونشهر) 3/16 و 3/13 درصد بیشتر از مناطق شرق (ورزنه، کبوتر آباد و لنجانات) بود. در صورت درنظرگرفتن محدودیت شوری منابع آب شاخص‌های عملکرد و بهره‌وری برای مناطق غرب و میانی حوضه به دلیل کیفیت مناسب آب‌وخاک تغییر نمی‌کند. بااین‌حال به طور متوسط در مناطق شرق حوضه 49/27 و 45/13 درصد کاهش عملکرد به ترتیب در گندم و جو رخ خواهد داد. همچنین کاهش IWP برای گندم و جو به ترتیب به میزان 74/34 و 66/20 درصد می‌تواند رخ دهد. سهم آب سبز در تولید دو محصول گندم و جو برای شمال غرب استان، غرب، میانه و شرق حوضه زاینده‌رود به ترتی