在广泛调查旱作粮田作物产量和野外实地观测深层土壤湿度的基础上,应用美国研制的环境政策综合气候模型-WinEPIC,模拟研究了1960～2000年期间黄土高原中部不同降水类型区不同肥力水平不同种植方式下,旱作粮田的产量水平和深层土壤干燥化效应,评价了旱作粮田的生产力稳定性和不同肥力水平下不同种植方式的土壤干燥化效应,为黄土高原粮食的可持续发展提供了科学依据。取得的主要研究进展如下:(1)作物产量和田间土壤水分调查结果表明:受降水影响,连作冬小麦和春玉米的产量均呈现波动性下降趋势。在轮作条件下,冬小麦的产量更容易受到降水的影响,而春玉米的产量更容易受茬口的影响。高产农田的土壤水分明显低于低产农田,农田土壤干燥化现象在1～3m范围内较明显,在3m以下也开始出现土壤水分减少的迹象。(2)通过对长武旱塬连作冬小麦、晋中半干旱区连作春玉米、长武旱塬麦玉轮作三种种植方式,在不同肥力水平的模拟精度验证表明:经过调整的WinEPIC模型对不同肥力处理下连作冬小麦、连作春玉米和麦玉轮作的籽粒产量和农田的土壤水分变化动态模拟较为准确,适用于黄土高原冬小麦连作、春玉米连作和麦玉轮作系统的模拟研究。(3)在模拟研究的41年期间,洛川、长武、延安、寿阳的连作春玉米产量的年平均值分别为4.40t/hm2、4.23t/hm2、3.75t/hm2、2.50t/hm2。施肥增产率,长武>洛川>延安>寿阳。水分利用效率,洛川>延安>长武>寿阳,同一地区内随施肥水平的提高水分利用效率增大。0～7m土层逐月土壤有效含水量洛川>长武>延安>寿阳,前两个地区土壤水分稳定性较差。随着施肥水平的提高,农田逐月土壤有效含水量平均值呈现波动性降低趋势,与N0相比N60、N120、N180、N240、N300分别减少166mm、299mm、295mm、416mm、421mm。所有地区的春玉米田0～7m土层土壤湿度剖面分布,在经历了土壤湿度逐年降低、土壤干层逐年加厚的干燥化过程后,均出现了稳定的土壤干层。土壤干燥化速度N0、N60、N120、N180、N240、N300依次增大,洛川、长武、延安、寿阳依次增大。肥力水平是影响土壤干层最终分布范围的主要因素之一。综合不同地区不同肥力水平下连作春玉米的产量、水分利用效率、肥料增产率、水分承载力、0～7m土壤湿度剖面分布情况,从增产和土壤水分可持续利用角度统筹考虑,在洛川连作春玉米的产量水平以5.25～5.54t/hm2为宜,相应的施肥水平以N240～N300为宜,在长武为5.25～5.45t/hm2 ,N240～N300,在延安相应的适宜值分别为4.26～4.58t/hm2,N180～N240,在寿阳为2.34～2.74t/hm2,N120～N180。(4)在1960～2000年模拟研究期间,洛川、长武、延安、寿阳连作冬小麦产量年平均值分别为2.77t/hm2、2.70t/hm2、1.97t/hm2、1.00t/hm2。水分利用效率和施肥增产率地区间差异均显著,均表现为洛川>长武>延安>寿阳,同一地区内随施肥水平的提高水分利用效率增大。0～7m土层逐月土壤有效含水量,洛川>长武>延安>寿阳,洛川土壤水分稳定性好于长武、延安和寿阳。随着施肥水平的提高,冬小麦田逐月土壤有效含水量平均值呈现波动性降低趋势,与N0相比N120、N150、N180、N210、N240分别减少111mm、110mm、219mm、220mm、220mm。土壤干燥化速度N0、N120、N150、N180、N210、N240依次增大,洛川、长武、延安、寿阳依次增大。综合不同地区不同肥力水平下连作冬小麦的产量、水分利用效率、肥料增产率、0～7m土壤湿度剖面分布情况,从增产和土壤水分可持续利用角度统筹考虑,在洛川、长武、延安、寿阳连作冬小麦适宜的施肥水平分别为N210～N240、N180～N210、N150～N180、N90～N120,相应的产量水平分别为3.59～3.78t/hm2、3.24～3.38t/hm2、2.08～2.43t/hm2、0.69～0.89t/hm2。(5)在1960～2000年模拟研究期间,在8种(R1～R8)麦玉轮作方式中,洛川、长武、延安和寿阳均以R7平均产量最高,洛川、延安和寿阳均以R7、长武以R1经济效益最高。各地麦玉轮作田逐月土壤有效含水量均呈现波动性降低趋势。洛川、长武、延安和寿阳轮作方式R7、R2、R5和R7平均干旱胁迫天数最少,在麦玉轮作系统中冬小麦较玉米容易遭受干旱的威胁。综合考虑作物产量、经济效益、0～7m土层逐月土壤有效含水量、土壤干燥化速度等因素,洛川、长武、延安和寿阳适宜的轮作方式分别为R7(春玉米→春玉米→春玉米→冬小麦)、R1(春玉米→冬小麦)、R8(春玉米→春玉米→春玉米→冬小麦→冬小麦)、R7(春玉米→春玉米→春玉米→冬小麦)。