针对现代集约化农作区土壤长期处于高度的生产负荷状态,轮作休闲、深翻晒田和有机肥施用等养地措施得不到施行,土壤质量发生了明显的变化,制约了作物根系延伸,降低了土壤的抗逆性能等问题,本研究在陕西关中头道塬上开展了不同耕作模式条件下土壤坚实度、主要根区土壤空气质量、土壤水分状况、温度变化特征以及作物根系分布特征等问题研究,意在查明长期集约化耕作模式下农田土壤物理性质演变规律及其效应的研究,为当前生产和土壤管理制度的可持续性评估提供科学依据,同时对于寻求更为科学的土壤管理和利用措施有极为重要的科学价值。获得了如下主要研究结果:1.耕作模式对于土壤CO₂释放和土壤空气中CO₂通量有着一定影响（1）旱地农田在小麦生育期间土壤CO₂释放通量过程呈现出明显阶段特征。以播种后秋季为最高、竖年4月初小麦拔节-孕穗期为第二次峰值,在小麦越冬期和成熟期为两个低谷值。旋耕和深耕对土壤CO₂释放通量的作用效应在休闲田有明显的反应。玉米生育期间土壤CO₂释放通量变异特征因耕作和作物种植制度有显著差异。（2）小麦生育期间旱地农田主要根区范围土壤剖面CO₂释放通量始终呈现出由下层向上层递减梯度特征;旱地土壤剖面CO₂通量梯度与有机物质含量梯度完全不同,证实土壤水热条件以及物理状态是左右土壤空气质量的主导因子。不同的耕作模式影响到土壤剖面上CO₂通量的变异过程。一般旋耕处理土壤内部CO₂通量比深耕处理高,其变化过程也比深耕处理相对平缓。（3）土地利用情况、耕作模式都影响到土壤CO₂的累计释放量。小麦生育期间土壤CO₂累计释放总量总是以旋耕>深翻,种植作物区>休闲,以旋耕种小麦田CO₂累计释放总量为最大,以深耕休闲处理为最低。2.耕作模式影响到作物生育期间土壤的紧实度。（1）不同的耕作模式明显地影响到作物主要根区0⁴0cm范围内土壤的紧实度。旋耕只能使表层0¹5cm土层相对较为疏松,但15⁴0cm土层土壤紧实度明显的高于表层,根据前人提出有关评价指标初步认为,该层土壤紧实度已经达到了制约根系延伸的水平。旋耕使得土体紧实化的现象表现得较为明显。证实现代旋耕模式使得土壤质量具有不可持续的基本观点。在小麦整个生育期基本上都保持着深耕松土的效应。（2）土壤紧实度与质地类型（粘粒含量）、有机质含量和土壤含水量有很密切的关系。在土壤质地类型一定、土壤有机质贫乏土壤中,土壤含水量是影响紧实度主要因素。深翻和旋耕,种植作物与休闲,土壤水分状况差异是决定土壤紧实度差异的主要原因。3.土壤耕作模式影响的土壤其它物理性状。（1）土壤耕作模式影响土壤温度的变异幅度。深翻松土增加土壤温度的相对稳定性。（2）长年集约化机械耕作在土壤形成了一个紧实的犁底层,对土壤团聚体的稳定性有很大的影响,深翻耕作可以改善0²0cm耕层土壤团聚体的稳定性,对干旱地区有效利用降水有重大的作用,同时表层土壤团聚体稳定性高可以减少水土流失,对保护西北地区生态环境有重要作用。4.土壤耕作模式影响到作物根系生长长年的旋耕对土壤的物理性质的影响,对作物生长产生了不利的影响,影响了作物的水分利用效率降低。旋耕底层紧实化,使作物根系生长受到严重机械胁迫,当土壤含水量很小时更为严重,影响到根系生长的形状,使根系不能向纵深伸展,严重影响了作物的产量,这与集约化生产的目的相悖。深翻可以明显的增加作物生物产量和经济产量。