探索华北平原小麦玉米轮作体系低碳生产技术体系,降低农业生产对生态环境的负效应,是我国农业生产转型的迫切需要。本文利用3年田间试验,对比评价了在秸秆全量还田条件下不同周年耕作方式（免耕、旋耕、翻耕和深松）、氮肥统筹管理（传统农户、高产高效和氮肥优化）和灌溉（4水、2水）协同优化技术的周年粮食增产和水肥增效效应,并通过全生命周期方法评价了不同技术体系的温室气体减排效应。主要结果如下:1.综合管理技术可以取得19.38×10³ kg ha^-1的周年粮食产量,较农民传统方式增产3027 kg ha^-1。其中由耕作措施的优化带来的增产效果为1262 kg ha^-1,优化灌溉的增产效果为344 kgha^-1,优化氮肥管理的增产增产效果为5211 kg ha^-1。这是由于合理的耕作措施提高了小麦和玉米0-20cm土层的根重密度和根长密度,使小麦次生根的微观结构得到了改善,较好的根系发育促进了地上部叶面积系数的增加,增强了小麦的光合强度,使小麦的灌浆速率得到了显著的提高。其次,优化的灌溉和氮肥管理在保障小麦玉米水肥需求的同时,加速了小麦生育后期植株内干物质的再分配,如氮肥精准管理模式下小麦花后25d时,灌浆速率仍然维持在2.37 mg grain-1 d-1的较高水平,较对照增加16.2%。2.优化技术体系可以在降低氮肥投入30%的情况下,大幅度提高氮肥利用效率52.57%,并维持土壤较高的生产力和较低的养分损失。本研究3年试验数据表明,优化灌溉和氮肥管理可将周年氮肥生产效率从28.32 kg kg-1提高到38.76 kg kg-1,采用综合管理措施后0～20cm和20～40cm土层土壤硝态氮含量分别提高了 12.15%和23.70%,该部分土壤氮素可以为下季作物吸收利用,为氮素化肥的周年统筹打下基础。优化措施降低了耕层之外养分淋洗43.25%。其次,优化灌溉和氮肥管理有利于调控作物的营养生长和生殖生长,构建高效的"源-库"关系。3.优化的小麦玉米耕作方式组合能够更好的发挥土壤"水库"的调节作用,提高降水利用效率的同时降低灌溉水用量。华北平原小麦-玉米生产技术体系周年水分净亏缺口高达110～230mm。通过小麦季免耕、玉米季翻耕搭配可以充分发挥土壤"水库"的调节作用,使0-150cm 土层土壤多蓄水64.32～95.70mm,在减少小麦季2-3次灌溉的同时,使灌溉水生产效率达到10.18kgm-3,较对照处理提高了2.15倍。4.通过全生命周期评价方法发现,华北平原小麦玉米轮作体系采用综合管理技术（秸秆还田、氮肥精准管理、耕作方式优化、灌溉优化）可以降低温室气体排放1925 kg CO₂eq ha^-1 y^-1。其中因减少农田耕作、降低灌溉耗电和减少周年氮肥投放量而降低的上游生产资料排放可达434 kg CO₂ eq ha^-1 y^-1;耕作方式优化会降低温室气体排放314 kg CO₂ eq ha^-1 y^-1;灌溉优化可以降低165 kg CO₂ eq ha^-1 y^-1的温室气体排放;氮肥优化管理可以降低576 kg CO₂ eq ha^-1 y^-1温室气体的排放。综上所述,本研究经过3年田间试验,明确了华北平原气候条件下周年氮肥、耕作与灌溉协同优化对土壤水氮素运移和作物吸收利用的机理。在此基础上,评价了区域周年高产、水分养分高效和温室气体减排的技术途径,使区域内自然资源禀赋与作物生产达到了新的平衡。