全膜双垄沟播技术使玉米成为陇中旱农区主栽作物之一,但该技术下玉米的高产导致土壤养分和水分耗竭,影响玉米生产的可持续性,依托2012年布设在陇中旱农区的田间定位试验,研究4种耕作方式（CT:传统翻耕,RT:旋耕,SS:深松耕,NT:免耕）和4种施氮水平(N1:不施氮,N2:施纯氮100kg·hm^-2,N3:施纯氮200kg·hm^-2,N4:施纯氮300kg·hm^-2)对粮饲兼用玉米光合特性、干物质积累量、产量及水分利用效率的影响。结果表明:深松耕和免耕显著增强玉米光合性能,且随着施氮量的增加玉米光合性能也增强;各生育时期干物质积累量均表为SS>NT>RT>CT、N4>N3>N2>N1,成熟期时SS较CT显著增加37.4%,N4较其他处理增加15.0%⁸5.0%;与传统耕作相比,深松耕和免耕可以提高玉米籽粒产量,2014年SS和NT较CT分别增加33.0%、18.8%,2015年分别增加19.7%、11.6%,且深松耕处理生物量显著高于传统耕作;施纯氮300kg·hm^-2和200kg·hm^-2均可以提高玉米籽粒产量、生物量和水分利用效率,但施纯氮200kg·hm^-2与300kg·hm^-2无显著差异,施纯氮200kg·hm^-2处理下籽粒产量、生物量和水分利用效率较不施肥处理分别增加68.4%、63.5%、52.2%,较施氮100kg·hm^-2分别增加40.2%、31.7%、30.5%。因此,在陇中旱农区应用全膜双垄沟播技术种植粮饲兼用玉米,覆膜前深松耕或免耕,施氮200kg·hm^-2左右比较适宜,既有利于粮饲兼用玉米籽粒产量、饲料产量的提高,也可以提高水氮利用效率,促进玉米生产的可持续发展。