耕作方式影响土壤理化性质，进而影响小麦生长发育。传统耕作方式及保护性耕作中存在诸多问题，在一定程度上影响小麦产量。耕层优化双行匀播技术结合传统深耕及免耕的优点，在多地的试验示范中增产效果显著。为深入探究耕层优化技术的增产机理，于2012~2013年在山东省农科院作物所试验基地进行耕作方式试验，比较研究旋耕、深耕和耕层优化双行匀播技术3种不同耕作方式下不同土层土壤理化特性的差异，包括土壤容重、含水量、土壤速效养分含量、土壤微生物量碳氮及土壤酶活性等。结果表明，旋耕、深耕处理土壤犁底层明显，双行匀播耕层优化技术改善土壤物理结构，显著降低20~40cm土壤容重；同时在小麦不同生育时期均维持土壤较高含水量，增强土壤蓄水能力；与旋耕和深耕相比，耕层优化明显提高了20cm以下土层土壤碱解氮、速效磷、速效钾含量；同时该技术促进土壤微生物碳氮含量的提高及土壤酶活性的增加。表明耕层优化技术能够有效改善小麦根际土壤的土壤理化性状。对冬小麦根系根重密度、根长密度、根系面积等根系空间分布及根系活力和根系衰老特性进行比较研究。结果表明，耕作方式对耕层（0~15cm）根系分布的影响较小；深层土壤旋耕处理下根重密度、根长密度及根系表面积最小，其次为深耕。耕层优化下，由于土壤理化性质的改善，有利于根系下扎，根系分布向深层扩展，根重、根长密度及表面积最大，根系活力也表现出相同趋势，耕层优化延缓根系衰老，在灌浆期保持根系较高活力。对3种耕作方式下群体动态、叶面积指数、旗叶光合特性、水分利用效率、生物产量、最终产量及产量结构等进行试验分析。结果表明，耕层优化双行匀播技术能提高小麦群体分蘖能力以及分蘖成穗率；在小麦生育中后期，可以有效延缓小麦旗叶叶绿素降解，延长光合时间和提高光合强度，维持较高的叶面积指数，增加干物质积累和转化。与深耕和旋耕处理相比，耕层优化双行匀播处理使灌浆中后期旗叶水分利用效率分别提高了14.12%和19.21%，旗叶光合速率分别提高13.33%和25.08%，使小麦产量分别提高8.11%和13.29%。