渭北旱塬属于典型的半旱区,且春玉米是该地区主要的粮食作物之一。首先,降雨较少和年际降雨量差异性较大是造成该区域粮食产量低而不稳的重要因素;其次,由于耕作方式的单一和不科学,导致该区域农田土壤板结,紧实度增加,从而造成不适宜作物萌发和生长的土壤环境,阻碍了作物增产增收。为了提高土壤质量,改善土壤环境,实现作物健康生态的生长和区域农业增产增收目标,本研究于2007-2014年在渭北旱塬典型区域合阳县实施了一年一熟春玉米连作制度下,设置3种不同肥力为主处理即平衡施肥、常规施肥和低量施肥;3种耕作方式即免耕、深松和翻耕处理,并将3种耕作方式进行轮换组合,形成6种副处理即深松-免耕(N-S)T、深松-翻耕(S-C)T、翻耕-免耕(C-N)T、免耕-免耕(N-N)T、深松-深松(S-S)T和翻耕-翻耕(C-C)T,其中,以翻耕-翻耕(C-C)T为传统耕作即对照。通过连续7年长期大田定位试验,研究不同肥力和耕作措施组合下对土壤容重、孔隙度、团聚体稳定性、水分变化情况、化学形状、农艺形状、生理特征、产量构成、收获指数、水分利用效率和经济效益等指标的影响,为渭北旱区土壤质量提升和改善生产性能提供科学的施肥配比和合理的耕作措施,为区域农业发展提供科学依据和技术支持。本研究结论如下:1.不同轮耕模式对春玉米连作田土壤物理性状的影响对照试验前和传统耕作处理,合理科学的土壤轮耕措施有利于降低土壤容重和提高土壤孔隙度,增加土壤的透气性。在0~40 cm土层,以“免耕-深松”处理下改善土壤容重和提高孔隙度效果最佳,较试验前和传统耕作土壤平均容重降低3.8%和8.6%,土壤孔隙度增加3.3%和7.8%。“免耕-深松”处理下能较好提高0~40 cm土层土壤稳定性,>0.25 mm土壤机械团聚体和水稳性团聚体含量的比例较传统耕作可分别提高11.4%和5.2%;各轮耕处理均较传统耕作显著降低土壤结构破碎率等指标,其中“免耕-深松”和“深松-深松”处理对降低团聚体分型维数效果明显。2.不同轮耕模式对春玉米连作田土壤水分状况的影响不同耕作措施合理科学的轮换组合有利于提高土壤对降雨的贮存能力。6个休闲期,分别以“免耕-深松”和“免耕-免耕”组合下冬闲初期和末期土壤含水量最佳,整个冬闲期0~200 cm土层土壤含水量较传统耕作分别增加7.0%和5.5%(P<0.05)。春玉米田冬闲末期0~200 cm土壤贮水量以“免耕-深松”处理最佳,其次为“免耕-免耕”,第三为“深松-深松”,三者较传统耕作平均土壤贮水量增加幅度为6.0%~8.7%(P<0.05)。在7个种植试验年度,各处理春玉米大喇叭口期和抽雄期土壤含水量和贮水量以“免耕-深松”处理最佳,其次为“免耕-免耕”,第三为“深松-深松”,与休闲期表现趋势一致,三者较传统耕作平均土壤贮水量增加幅度为5.9%~7.7%(P<0.05)3.不同肥力与轮耕模式组合对春玉米田土壤养分的影响在7个种植试验年度春玉米收获后,各处理0~60 cm土层土壤养分含量均以平衡施肥水平最高,其次为常规施肥水平,低量施肥则呈现最差。三种施肥方式下,各处理较传统耕作即连续翻耕有效提高有机碳储量,增加量分别为1.4~2.8 t/hm2,0.02~1.67 t/hm2和0.4~1.5 t/hm2。对于全效养分,平衡施肥下各处理有效提高全氮、全钾和全磷含量分别为:7.1%~15.6%,2.1%~23.9%和5.9%~20.8%。其中,“免耕-深松”和“翻耕-免耕”有利于提高全氮和全磷含量;“深松-翻耕”和“免耕-深松”可促进土壤全钾含量的提升。对于速效养分,平衡施肥下,在0~60 cm土层,“免耕-深松”处理土壤碱解氮、速效磷和速效钾平均含量均最高,分别为43.8、9.43和105.4 g/kg,且其他处理相对于传统耕作对提高土壤中速效养分含量都具有积极作用。4.不同肥力与轮耕模式组合对春玉米农艺性状和生理特征的影响三种施肥水平下,春玉米农艺性状和生理特征表现趋势一致,均以平衡施肥处理表现最佳,常规施肥水平次之,低肥处理则表现最差。通过7个种植试验年度,平衡施肥水平春玉米在主要生育时期在6种不同耕作方式下平均株高和干物质积累量分别较传统耕作提高1.7%~7.3%和11.6%~24.4%(P<0.05)。平衡施肥水平下春玉米不同生育期在6种耕作方式中以“免耕-深松”处理平均株高和单株干物质积累量较高,较传统耕作分别增加1.4%~8.1%、5.7%~25.0%和6.2%~20.6%(P<0.05)。春玉米主要生育时期叶片叶绿素相对含量均随生育时期推进而增加,各处理平均叶绿素相对含量较传统耕作增加2.1%~6.4%;以“免耕-深松”处理增加效果最佳。“免耕-深松”和“深松-翻耕”处理有利于平均蒸腾速率、光合速率和气孔导度的提高,较传统耕作“翻耕-翻耕”分别增加6.7%、8.9%,9.9%、15.3%和0.5%、2.6%。5.不同肥力与轮耕模式组合对春玉米产量构成因素、综合指标和经济效益的影响三种施肥水平下,春玉米作物产量构成因素、综合指标和经济效益表现趋势一致,均以平衡施肥处理表现最佳,常规施肥水平次之,低肥处理则表现最差。平衡施肥水平下各处理平均单位面积穗数、平均穗粒数、平均百粒重和平均产量较常规施肥和低肥处理增加4.3%、8.9%,9.0%、16.1%,5.2%、9.4%和19.8%、38.4%(P<0.05)。通过7年玉米种植试验,考察综合肥力水平和耕作处理对产量构成影响的整体效应,平衡施肥水平下,“免耕-深松”组合可有效改善春玉米产量构成,增产效果最佳,其次为“深松-翻耕”和“深松-深松”组合。平衡施肥“免耕-深松”耕作模式下产量、收获指数、WUE和经济效益最高,分别为9404.4 kg/hm2、45.1%、22.6 kg/hm2·mm和8122.8元/hm2,其次为“深松-深松”和“深松-翻耕”处理。由此可见,与长期单一的传统耕作相比,合理的耕作措施进行科学的轮换可有效地降低土壤容重,改善土壤物理性状,提高土壤养分,改善整个土壤环境效应。在不同肥力水平和耕作措施的组合研究中,主要以平衡施肥水平下“免耕-深松”轮耕方式提升土壤质量及生产性能效果最佳,对增强土壤保水功能有积极作用,并且显著改善春玉米农艺性状和生理特征,为最终的增产增收提供良好的基础。“免耕-深松”轮耕方式可评价为渭北旱区农业实现增产增收适宜的肥力和耕作组合,其次为平衡施肥水平下“深松-翻耕”和“深松-深松”土壤轮耕方式。