河北平原是我国地下水匮乏最严重的农业生产区,粮食生产与水资源高耗矛盾日益突显。与此同时,全球变暖而导致的暖干化现象日益加重,随着温度上升降雨量日趋降低。传统两熟种植获得高产稳产需要消耗大量水资源。为缓解水资源高耗压力,提高水分利用效率,维持较高产量,探寻新式种植模式至关重要。本研究比较分析了一年两熟、两年三熟与一年一熟在地膜覆盖与节水灌溉种植模式下,小麦-玉米产量形成、周年水、热资源利用效率、经济收益和对环境的影响,以期为河北平原减少地下水消耗和实现农业可持续生产提供理论依据。本研究结果如下:在一个轮作周期四种种植模式下,总产量以一年两熟最高,两年三熟与一年一熟分别较一年两熟减产6.2%～26.9%和33.8%～47.5%。同一种植制度下,增加灌水量有利于产量提升;而在灌水条件下,覆膜增产优势高于露地,尤其是在玉米生产中。雨养种植冬小麦、春玉米容易受干旱影响而减产。生育前期遭受干旱,即使灌浆期降雨充足亦无法弥补穗粒数与有效穗数减少所造成的产量损失。通过对不同种植制度小麦、玉米耗水分析,改变种植制度、减少灌溉量、增加地膜覆盖均降低了灌溉用水。两年三熟与一年一熟减少小麦种植次数,周期内总耗水量显著低于一年两熟。相同制度下实施节水灌溉与地膜覆盖,轮作周期耗水量较常规种植在一年两熟、两年三熟与一年一熟下分别减少18.9%～28.8%、18.1%～27.4%、5.0%～17.9%,水分利用效率分别提升 8.8%～39.5%、14.7%～30.6%、2.8%～23.1%。覆膜节水灌溉模式下,冬小麦、春玉米生育期仅灌溉一次水,但地膜的蓄水保水能保证关键生育期有足够的水分使用,达到增产节水的目的。此外,通过地膜覆盖玉米收获后土壤水量得到有效保蓄,实现了“秋储春用”达到了“覆膜保墒”的效果。一年两熟露地常规种植,休耕期仅数天,周期有效积温累积量占全周期总积温量的97.7%。两年三熟与一年一熟周期内有效积温量的分别占总累积量的67.9%～72.4%、41.8%～46.2%。地膜覆盖与雨养种植缩短了小麦、玉米生育期,在干旱年份,雨养小麦生育期缩短9～14d,覆膜春玉米生育期缩短5～15d。而对于夏玉米而言,生育期长短一致,但地膜增加了夏玉米灌浆持续期。生育期的缩短减少了冬小麦、春玉米生育期内的有效积温,但增加了有效积温利用效率。雨养模式产量降低,其有效积温利用率低于灌水处理,而覆膜节水灌溉促进了产量提升,增加了有效积温利用效率,能充分利用周期内热量资源。地膜覆盖提高了小麦、玉米花前叶面积指数和干物质累积。花后叶面积指数衰减、干物质累积与补灌有关。补灌增加可减缓LAI衰减,维持较高的相对叶绿素含量,增加叶片光合特性,促进花后干物质累积。花前营养器官干物质向籽粒转运受开花期干旱影响较大。在干旱年份,覆膜与露地雨养种植可促进小麦花前营养器官干物质向籽粒转移,而玉米在吐丝期间遭遇干旱影响,不利于花前营养器官干物质向籽粒转运。通过对经济收益进行分析,一年两熟覆膜与常规种植经济效益高于其他处理,而露地下雨养种植小麦产量降低导致其经济收益低于两年三熟(除覆膜雨养),一年一熟经济效益最低。与一年两熟和一年一熟相比,两年三熟植模式产投比最高。能值分析结果表明,一年两熟常规种植单位能量能值最高,所产生的环境负荷潜力率以一年一熟覆膜节水灌溉最高,能值可持续指数露地高于覆膜,且两年三熟露地种植最高。一个轮作周期结束一年两熟对环境影响高于两年三熟与一年一熟,分别增加26.6%～27.2%、53.4%～54.9%,其中一年两熟常规种植对环境的影响最高。基于以上内容,本文结论为在各种植制度中覆膜下节水灌溉与雨养旱作、露地雨养旱作均能减少耗水,增加水分利用效率。一年两熟和两年三熟有较高的产量优势与经济效益。通过增加地膜覆盖与减少灌溉来替代一年两熟常规种植是未来发展的趋势。