土壤压实对作物生长来说是一种胁迫作用。华北地区经过近30年农业机械化发展，大中型农机具载重增加和进地次数增多带来了土壤压实。土壤压实一个重要指示指标是土壤容重增加，当土壤容重增大到一定程度时会影响作物正常生长，而且土壤压实会造成土壤质量退化，影响农田生态系统健康。研究土壤压实变化和消减土壤压实对农业生产影响对指导耕作、灌溉等农田耕作栽培管理具有重要意义。在对河北平原典型地点农田土壤压实情况调查分析基础上，本研究于2011-2014年3个冬小麦和夏玉米生长季在中国科学院栾城农田生态系统试验站开展了田间和桶栽试验研究。田间试验包括连续深松+旋耕和旋耕以及不同灌溉（适中和亏缺灌溉）水平对作物地上和地下生长影响试验;桶栽试验设置不同土壤层次容重与不同灌溉的交互影响试验:2011-2012年设置不同层次不同土壤容重（5个容重水平）、2012-2013年设置5个犁底层容重水平和2个灌溉水平、2013-2014年设置3个犁底层容重水平和2个灌溉水平的试验。通过分析不同田间处理下土壤压实变化，结合田间和桶栽处理下作物地上地下生长过程、耗水过程以及产量和水分利用效率变化，系统研究华北农田土壤容重变化及其对冬小麦、夏玉米生长的影响。试验结果表明:　　1980年河北平原土壤普查结果显示，30年前农田土壤上下层容重分布较均匀，没有明显的犁底层。而2011年的区域调查结果显示，当前河北平原21个典型地点农田存在明显的犁底层，且最大土壤紧实度层次在15-25 cm之间。21个典型地点农田0-60 cm土壤容重分布在1.43-1.77 g/cm3之间，只有个别农田的容重低于1.5 g/cm3。与1980年土壤普查数据相比，现在农田0-40 cm层次土壤容重平均增加了8.3％。　　栾城试验站长期旋耕作业的农田犁底层土壤容重接近1.65 g/cm3。2011-2012年不同层次土壤容重分布试验表明，在适中灌溉下当犁底层容重超过1.5 g/cm3时会减少冬小麦根系在深层的分布。2012-2014年桶栽试验结果表明冬小麦总根重（尤其是犁底层以下根重）随着犁底层容重的增加而减少，而且在水分亏缺下减少的更快。作物地上部分的生物量与总根重之间存在显著的正相关关系。但是作物产量和总根重的关系并不总是呈显著相关关系。这与犁底层容重增加对作物收获指数的不同影响有关。当犁底层容重介于1.5-1.6 g/cm3时，冬小麦收获指数最高，从而在一定程度上消减了容重增加对生物量的不利影响，因此产量也最高。大田试验结果表明，深松+旋耕处理下平均冬小麦生物量和产量都比旋耕处理的高，而且在亏缺灌溉增加的更明显。进一步分析发现旋耕处理下冬小麦产量低的主要原因是亩穗数较低。在亏缺灌溉下，旋耕处理下的亩穗数比深松处理低9％。田间试验表明，深松+旋耕这种耕作方式在亏缺灌溉下的优势更明显。旋耕对冬小麦的影响主要与亩穗数的减少有关。　　犁底层容重对冬小麦根系分布影响会导致根系对土壤水分吸收影响。大田试验结果表明，在适中灌溉下，不同耕作对土壤水分变化影响不大，深松+旋耕和旋耕处理下冬小麦最终耗水量都在370 mm左右。在亏缺灌溉下，冬小麦收获时深松+旋耕比旋耕处理下的土壤含水量平均低30 mm左右。2012-2013年冬小麦桶栽试验表明，在亏缺灌溉下当犁底层容重从1.4 g/cm3增加到1.7 g/cm3时或者在适中灌溉下当容重从1.4 g/cm3增加到1.6 g/cm3时，作物耗水无明显变化。但是当犁底层容重增加到1.8 g/cm3时，作物耗水将会减少10-30mm。由于不同容重和灌溉对作物耗水、收获指数和产量影响不同，作物的水分利用效率也受到影响。桶栽结果表明当容重为1.5-1.6 g/cm3时，作物水分利用效率达到最大，这和产量结果相似。田间试验表明，旋耕下冬小麦水分利用效率平均为1.9 kg/m3，而深松+旋耕处理下的水分利用效率平均为2.0 kg/m3。　　田间试验研究发现，旋耕导致犁底层容重较高，容重的增加会加剧旱胁迫对冬小麦生长的不利影响;但是深松+旋耕可以降低容重，促进根系吸水，缓解旱胁迫的不利作用。当水分亏缺时土壤紧实度也会增加，所以干旱胁迫会加剧容重胁迫对冬小麦的不利影响;一般情况下多灌水可以缓解容重的不利作用，但是这种缓解作用会受到不同生长季气象条件的影响。这说明在当前田间水平上干旱胁迫和容重胁迫同时存在时对冬小麦生长的限制作用是协同关系。　　冬小麦播前不同耕作对土壤紧实度的影响能够持续到夏玉米季。田间试验结果表明到夏玉米季旋耕处理下的土壤紧实度仍然高于深松+旋耕处理，尤其是20-45 cm层次的土壤紧实度。夏玉米表层根系也受到了犁底层容重影响，旋耕处理下玉米表层根系较多，但是20 cm以下层次根系则没有受到明显影响。与耕作对冬小麦水分吸收的影响不同，冬小麦播前耕作对夏玉米水分利用影响较小。夏玉米根系及其对水分吸收都较少受到冬小麦播前耕作影响。因此夏玉米产量也没有明显受到冬小麦播前耕作的影响。　　虽然深松+旋耕能够有效地降低犁底层容重，但是若多年连续深松作业会增加深层(30-45 cm)土壤压实的风险。然而合适的灌溉制度可能会有利于土壤压实的自然恢复。灌溉试验结果表明，与适中灌溉相比，充分灌溉带来更多土壤水分而加强了冻融过程，越冬后土壤20-40 cm层次压实程度会降低或者上升幅度较低。但是冻融过程对土壤压实的消减作用持续时间较短。适中灌溉能够增强越冬后土壤干湿过程，从而更有利于土壤压实的消减。比较长期充分灌溉和适中灌溉下的土壤容重，发现适中灌溉下0-40 cm土壤容重低于充分灌溉。　　上述结果表明，华北地区经过30年的机械化耕作，农田土壤出现了明显的犁底层。对本试验研究所用的土壤类型（壤土）来说，当犁底层容重超过1.6 g/cm3时，作物地下和地上部分生长将会受到明显限制。而当前栾城试验站连续旋耕下的农田土壤容重已经超过了这个临界值，需要通过耕作和灌溉相结合的措施来调控犁底层容重，降低土壤压实对作物和土壤的不利影响。