渭北旱塬位于黄土高原中南部,是典型雨养农业区。冬小麦和春玉米是该地区主要的粮食作物,多属一年一熟。干旱缺水是该区粮食生产的主要矛盾。长期采用单一土壤耕作,造成土壤紧实,蓄水纳墒和提供营养的能力变弱,直接影响作物产量的提高。多年研究和生产实践证明,建立与不同作物轮作方式相配套的土壤轮耕模式,可以为作物生长发育创造良好的土壤环境条件,保持农田生态健康发展,促进作物增产增收。鉴此,从2007年秋季开始,选择在渭北旱塬陕西省合阳县一年一熟旱作“冬小麦→春玉米”轮作田,以连年免耕(CN)、连年深松(CS)和连年翻耕(CP)为对照,并将免耕(N)、深松(S)和翻耕(P)3种土壤耕作技术集成6种土壤轮耕模式。通过连续5年定位试验,研究了6种不同轮耕模式(N/S、S/P、P/N、N/P/S、N/N/S和P/P/S)对土壤容重、土壤空隙度,田间持水量、土壤团聚体、土壤养分、水分状况,以及对作物农艺性状、光合特性、产量与产量构成、光能利用率、水分利用效率(WUE)和经济效益的影响,为渭北旱塬半湿润易旱区建立在一定肥力水平下与作物轮作体系相配套的土壤轮耕模式提供理论依据。主要结论如下:1.不同轮耕模式对麦玉轮作田土壤物理性状的影响试验结果表明,合理的轮耕模式有利于降低土壤容重,改善土壤结构,增强土壤通透性。在0~60 cm土层,6种轮耕模式中以S/P(深松→翻耕→深松→翻耕→深松)土壤物理状况最佳,与对照组相比(CN、CS和CP),土壤容重降低1.2%~9.2%,土壤孔隙度和田间持水量分别增加0.3%~6.8%和5.5%~14.2%;0~40 cm土层,>0.25 mm粒径的机械稳定性团聚体数量也以S/P最高,较对照组增加0.8%~6.6%,而水稳性团聚体则以N/N/S(免耕→免耕→深松→免耕→免耕)和S/P较高,较CN分别增加7.1%(P<0.05)和3.9%,较CP分别显著(P<0.05)增加47.6%和43.2%,但均显著(P<0.05)低于CS(11.2%和13.8%)。2.不同施肥与轮耕模式对麦玉轮作田土壤养分的影响冬小麦和春玉米收获后的土壤养分含量以平衡施肥最高,常规施肥次之,而低量施肥最低。5年平均,平衡施肥的土壤有机质、全氮、全磷、全钾、碱解氮、速效磷和速效钾较常规施肥分别增加2.9%、2.3%、2.9%、18.2%、3.0%和7.3%(P<0.05);常规施肥较低量施肥分别高2.1%、1.1%、3.0%、-9.8%(P<0.05)、2.1%、2.1%和-3.8%。作物收获后0~60 cm土层土壤养分含量,均以0~20 cm土层最高,较20~40 cm增加15.1%~158.4%,20~40 cm土层较40~60 cm土层增加6.4%~55.1%,差异均显著(P<0.05),并且呈现“由低到高逐年增加”的变化趋势。免耕、深松技术有助于提高0~60 cm土层土壤有机质和全效养分含量,而翻耕则提高土壤速效养分含量。从不同轮耕模式的整体效应来看,以S/P土壤养分含量最高,其次是N/S(免耕→深松→免耕→深松→免耕),再次是N/P/S(免耕→翻耕→深松→免耕→翻耕→深松)。3.不同轮耕模式对麦玉轮作田土壤水分状况的影响2个休闲期,夏闲期末0~200 cm土层土壤贮水量和蓄水率,以N/S最高,S/P次之,N/P/S最差;休闲期末,以S/P(102.7 mm和24.9%)最高,P/N(翻耕→免耕→翻耕→免耕→翻耕)(102.3 mm和24.8%)次之,以N/P/S(93.2 mm和22.2%)最差;整个休闲期土壤水分状况则以N/S和N/N/S较好。冬小麦3个生育期,N/S和N/N/S模式0~200cm土层土壤贮水量较CP分别增加7.9%和6.4%。而春玉米2个生育期,0~200 cm土层土壤水分状况也是以N/S和N/N/S较好,较CP分别增加10.7%和10.8%。然而在不同年份不同轮耕模式0~200 cm土层土壤水分状况与当年或上年所采用的耕作技术有关。夏闲期末均以深松最好,免耕次之,翻耕最差,深松和免耕2年平均土壤贮水量较翻耕分别多蓄水36.6 mm和13.6 mm;而休闲期末,免耕和深松2年平均土壤贮水量较翻耕分别多蓄水22.4 mm和11.8 mm;在冬小麦生育期以免耕较好,深松次之,翻耕最差;春玉米整个生育期2009年以免耕最好,深松次之,翻耕最差,而2011年以深松最好,免耕次之,翻耕最差,但两个春玉米生长季免耕与深松差异不明显。4.不同施肥与轮耕模式对麦玉轮作田作物农艺性状和光合特性的影响在不同施肥方式下,作物农艺性状和光合特性表现为平衡施肥>常规施肥>低量施肥。冬小麦和春玉米不同生育期在6种轮耕模式中以S/P平均株高、叶面积指数和单株生物量较高,较对照组分别增加1.4%~8.1%、5.7%~25.0%(P<0.05)和6.2%~20.6%(P<0.05),其次是N/S。5年平均,平衡施肥S/P有最高的作物株高,平衡施肥N/S的叶面积指数和单株生物量的鲜重及干重最大。同种施肥方式下,3年冬小麦和2年春玉米主要生育期叶绿素含量及光合作用能力分别以S/P和N/S最高。不同施肥和耕作模式组合作物叶绿素含量和光合速率以平衡施肥S/P最高,较其他处理组合分别增加2.2%~33.3%和2.4%~23.0%,而平衡施肥N/S次之。通过分析冬小麦和春玉米不同生育期的光合特性可知,在6种轮耕模式中,冬小麦和春玉米分别以S/P和N/S的光合速率最好,均显著高于对照组。在不同处理组合中,以平衡施肥S/P的光合作用能力最强,其次是平衡施肥N/S。5.不同施肥和轮耕模式对轮作田作物产量、光能利用率、WUE和经济效益的影响不同耕作模式作物冬小麦和春玉米产量构成3因素、籽粒产量、籽粒光能利用率、WUE和经济效益,均以平衡施肥最高,常规施肥次之,而低量施肥最低。冬小麦3年试验结果表明,各施肥与轮耕处理组合中每公顷有效穗数、穗粒数和千粒重均以平衡施肥下的S/P最高,其中有效穗数较其他处理组合增加11.0%~53.0%,差异显著(P<0.05)。春玉米2年试验表明,每公顷有效穗数、穗粒数和千粒重均以平衡施肥下的N/S最高,其中有效穗数较其他处理组合增加1.1%~9.2%。从5年整体效应看,两种作物平均,以平衡施肥下的S/P轮耕模式作物籽粒产量、籽粒光能利用率、水分利用效率和经济效益最高,较其他处理组合分别增加7.4%~48.8%(P<0.05)、7.7%~50.0%(P<0.05)、4.6%~41.9%和11.6%~58.4%(P<0.05),其次是平衡施肥下的N/S轮耕模式。用免耕、深松和翻耕组成的不同轮耕模式,在不同的施肥方式下,其产量构成3因素、籽粒产量、籽粒光能利用率、水分利用效率和经济效益,在试验进行的不同年份存在差异,其原因与当年或上年所采用的耕作技术有关,一般以深松最好,翻耕次之,而免耕最差。总之,在不同施肥与轮耕处理组合中以平衡施肥方式下的“深松/翻耕”轮耕模式土壤理化性状最佳、生产性能最优、水分利用效率和经济效益最高,是渭北旱塬及同类地区冬小麦→春玉米轮作田较适宜的施肥和轮耕模式,其次是平衡施肥方式下的“免耕/深松”轮耕模式。