保护性耕作是针对长期传统耕作带来的对土壤结构破坏、引起土壤侵蚀等问题而提出来的一种新型耕作方式。考虑到耕作年限的效应，以及黄土旱塬区的降水特点，本研究以2003年中国科学院黄土高原农业生态试验站开展的保护性耕作定位试验为研究对象，有两种耕作方式，四种覆盖措施，共8个处理，分别为传统耕作、传统耕作地膜覆盖、传统耕作秸秆覆盖、传统耕作地膜+秸秆覆盖、免耕、免耕地膜覆盖、免耕秸秆覆盖、免耕地膜+秸秆覆盖。结合该区域气象资料，系统地从时间尺度上和划分不同降水年型，研究在2007年-2016年间黄土旱塬区保护性耕作措施对玉米产量的影响；对土壤剖面水分分布和水分利用效率的影响；对土壤养分含量动态变化特征的影响；对玉米养分吸收特性的影响，主要结论如下：

1. 传统耕作秸秆覆盖和有地膜覆盖的处理整体上提高了百粒重和穗粒数，进而提高了籽粒产量，籽粒产量较传统耕作提高了9.4%-23.8%。其中传统耕作的地膜+秸秆覆盖籽粒产量最高，达到了9381.6 kg hm^-2。而免耕和免耕秸秆覆盖降低了百粒重和穗粒数，致使籽粒产量降低了8.3%-11.9%。传统耕作条件下的籽粒产量比免耕条件下提高了10.3%。在2007年-2016年间，不同降水年型间不同保护性耕作的籽粒产量变异系数在3.0%-17.7%之间。年际间呈波动性变化。

2. 有秸秆覆盖的处理有利于土壤水分深层补给；同一降水年型下0-300 cm土壤剖面水分分布差异较大；土壤水分消耗-补给深度受降水年份影响较明显。传统耕作覆盖和免耕地膜+秸秆覆盖的水分利用效率较传统耕作提高了9.98%-16.39%，而免耕其余处理降低了水分利用效率，传统耕作条件下的水分利用效率比免耕条件下提高了11.05%。不同降水年型间不同保护性耕作措施水分利用效率的变异系数在0.94%-13.17%之间。在时间尺度上，随着保护性耕作年限的增加，水分利用效率均呈现波动性变化。

3. 有覆盖的土壤有机质含量比传统耕作提高了0.18 g kg^-1 -1.32 g kg^-1，而免耕的有机质含量降低了0.30 g kg^-1，传统耕作条件下的有机质含量比免耕条件下降低了0.10 g kg^-1。有秸秆覆盖的处理土壤全氮和碱解氮含量也均有所提高，全氮含量提高了0.71%-12.27%，碱解氮含量提高了5.00%-19.08%；而免耕的全氮和碱解氮的含量分别降低了1.09%和3.14%，传统耕作条件下的全氮和碱解氮含量分别比免耕条件下降低了1.93%和6.97%。保护性耕作的土壤速效磷含量降低了2.56%-37.25%，传统耕作条件下的速效磷含量比免耕条件下提高了21.62%。有地膜覆盖的处理也降低了土壤速效钾含量，而秸秆覆盖的速效钾含量提高了7.80%-8.57%，传统耕作条件下的速效钾含量比免耕条件下降低了3.22%。不同降水年型间各种保护性耕作措施下的土壤养分含量的变异系数在1.67%-22.24%之间。年际间土壤养分含量均呈波动性变化。

4. 覆盖整体上提高了茎秆、叶片和籽粒的养分吸收量，总吸氮量提高了4.77%-38.74%，总吸磷量提高了21.67%-55.29%，总吸钾量提高了6.35%-39.35%；而免耕降低了各器官的养分吸收量，总吸氮量、总吸磷量和总吸钾量分别降低了16.36%、8.65%和10.09%。传统耕作条件下的植株总吸氮量、总吸磷量和总吸钾量分别比免耕条件下提高了15.10%、19.22和12.71%。传统耕作地膜覆盖和免耕地膜+秸秆覆盖的氮素利用效率分别较传统耕作提高了7.77%和7.99%，免耕地膜覆盖和免耕地膜+秸秆覆盖的磷素利用效率分别提高了9.60%和9.45%，有地膜覆盖的处理钾素利用效率提高了10.02%-39.62%；而秸秆覆盖的处理和免耕降低了氮磷钾素利用效率。免耕条件下的氮素利用效率和钾素利用效率分别较传统耕作条件下降低了1.83%和5.42%，而磷素利用效率提高了11.63%。