华北平原作是我国粮食主产区之一,主要种植体系是冬小麦-夏玉米周年轮作,在保证全国粮食安全中有重要作用。该地区小麦玉米生产面临着单产徘徊不前,肥料、水等外源物质投入过量的问题,既降低资源效率又造成环境问题。为了建立该地区可持续冬小麦-夏玉米作体系,于2007年在中国农业大学高产高效现代农业研究示范基地开始了包括三种养分管理模式的长期定位试验,分别为以有机肥作为养分来源的在我国有2000多年历史的低投入模式、基于小麦玉米高产创建技术的高投入模式和基于土壤-作物综合管理技术实现养分紧循环的优化模式。本文基于该试验前八个轮作周期的数据,从作物生产力、资源效率、土壤质量和环境影响等方面对不同模式进行了综合分析,主要得出如下结论:(1)低投入模式养分缺乏严重,尤其是氮,显著降低地上部生物量和籽粒产量,冬小麦和夏玉米籽粒产量分别只有2.56和6.56 t ha-1。优化和高投入模式冬小麦和夏玉米籽粒产量平均比低投入模式增加186%和44%,198%和42%,二者之间通常差异不显著。(2)因生长季气候条件的不同,处理和年型对冬小麦和夏玉米的影响程度不同。二者对冬小麦和夏玉米收获期秸秆产量、籽粒产量、产量构成和收获指数差异的贡献率分别在10%～74%和22%～60%,1%～53%和16%～69%之间。处理对冬小麦的影响大于年型,对夏玉米的影响则小于年型,或二者相当。(3)低养分投入量使低投入模式养分效率通常很高,是一个高效低产体系,不能满足粮食需求。优化模式冬小麦季养分投入量比高投入模式节省54%～62%,夏玉米季节省45%～53%,在保证粮食产量的同时提高养分效率。优化模式冬小麦季、夏玉米季和周年氮、磷和钾吸收效率平均在0.53～2.53kg kg-1之间,偏生产力平均在57～13kg kg-1之间。但在秸秆还田条件下,三种模式均存在养分盈余。(4)试验所在地降水不能满足冬小麦-夏玉米体系水分需求,需通过灌溉补充。水分消耗量的降低和/或籽粒产量的增加使优化和高投入模式的水分利用效率平均比低投入模式提高78%～152%和 66%～165%。(5)整体而言,三种养分管理模式土壤肥力均有所提高,但高投入模式存在磷淋洗、酸化和盐渍化程度增强的风险。不同处理对酶活性、微生物量碳和氮有显著影响,但是对磷脂脂肪酸影响很小。(6)低投入模式土壤无机氮含量一直较低,环境风险小。大量氮肥投入增加高投入模式土壤无机氮含量,向深层土壤(>90 cm)淋洗明显,淋洗深度可达300cm。与其相比,优化氮肥用量可减少作物收获后0-90 cm 土层无机氮残留量32～284.5 kg ha-1,使无机氮的累积高峰保持在0-30 cm土层。综上所述,优化模式既节省了大量投入又保证了产量。虽然仍存在养分盈余,但实现了养分效率的提高,降低环境风险,同时保持了土壤肥力,具有重要实践意义。