研究长期不同施肥对双季玉米种植制度下旱地红壤理化性质和玉米产量季节性变化的影响，明确产量变化驱动因素，可为该区耕地质量培育和合理施肥提供理论支持。以1986年设置的旱地红壤长期定位施肥试验为平台，选取不施肥（CK）、单施化肥（NPK）、单施新鲜猪粪（OM）、化肥和新鲜猪粪配施（NPKM）4个处理，探索不同施肥制度对双季玉米成熟期0～20 cm和20～40 cm土层土壤理化性质以及玉米产量的影响。结果表明，与CK处理相比，NPKM处理在春玉米和秋玉米成熟期0～40 cm土层土壤容重显著降低，大团聚体（＞250μm）含量、团聚体平均重量直径（MWD）、土壤pH、有机碳（SOC）、速效氮（AN）、有效磷（AP）及速效钾（AK）等养分含量均显著提高，春玉米和秋玉米产量分别提高了6.1倍和15.1倍。与CK处理相比，NPK处理0～20 cm土层土壤容重在春玉米和秋玉米成熟期分别提高了1.13%和2.49%,pH则分别降低0.22和0.48个单位。与NPK处理相比，OM和NPKM处理0～20 cm土层土壤容重分别降低2.5%和3.2%,MWD分别增加了20.9%和43.6%,pH分别提高了1.44和1.12个单位，SOC分别提高了22.0%和41.2%,20～40 cm土层也表现出相似规律，双季玉米产量提高了1.27～6.86倍。随机森林模型结果显示0～20 cm土壤SOC含量是影响玉米产量的最重要因子，20～40 cm土层AK和AP分别是影响春玉米和秋玉米产量的重要因子。化肥配施有机肥可以改善旱地红壤结构、提高土壤养分含量和作物产量，是维持作物高产稳产和耕地质量培育的施肥措施。