水土流失造成黄土高原丘陵沟壑区耕地面积缩减、土地质量下降及土地生产力衰退,而水资源严重贫乏及灌溉条件差是制约该地区作物经济效益的主要因素。作为一种以秸秆覆盖及免耕耕作措施为核心的水土保持耕作技术,保护性耕作可以改善土壤的蓄肥保墒能力;增加降雨入渗、防止水土流失。本试验通过对不同耕作措施（传统耕作（T）、免耕（NT）、传统耕作秸秆覆盖（TS）、免耕秸秆覆盖（NTS））下不同生育期土壤水分、氮素的垂直分布特征变化及春小麦植株氮素吸收分配规律的研究,探究最佳的耕作措施,旨在为甘肃省适宜保护性耕作措施推广提供科学理论依据。结果表明:（1）免耕秸秆覆盖（NTS）与传统耕作（T）处理相比,保护性耕作均可以不同程度地提高0-40 cm土层土壤含水量,增幅为15.1%-35.9%,其处理下的土壤含水量在春小麦完整生育期内均为最高。（2）免耕秸秆覆盖（NTS）与传统耕作（T）处理相比,保护性耕作均可以不同程度地降低0-40 cm土层土壤硝态氮含量,降幅为23.7%-80.8%,其处理下的土壤硝态氮在春小麦完整生育期内均为最低。（3）NTS处理能够不同程度地促进了各土层土壤全氮含量积累,其土壤全氮含量主要集中在表层土壤,10-20 cm和20-40 cm土层土壤中全氮的含量较0-10 cm土层平均降幅分别在11.6%-18.2%之间和29.0%-35.7%之间,且NTS处理下的土壤全氮在春小麦完整生育期内均为最高。（4）通过对不同耕作措施下春小麦同一生育期0-40 cm各土层土壤水氮间及产量进行Pearson相关性分析表明,春小麦不同时期0-40 cm各土层土壤含水量与全氮含量及产量呈正相关,而土壤含水量与硝态氮含量呈负相关及土壤硝态氮与全氮和产量呈负相关。（5）免耕秸秆覆盖促进了春小麦对氮素的吸收与利用。与传统耕作相比,免耕覆盖具有保墒蓄水和改善土壤结构的功能,其显著提高了小麦植株孕穗-开花期的氮素吸收;TS、NT、NTS处理分别较传统耕作（T）处理下的氮素吸收量增加24.2%、3.9%和58.7%,各处理差异显著（P<0.05）。（6）成熟期春小麦各器官氮素的分配占比满足:籽粒>茎杆+叶鞘>叶片>根。与传统耕作相比,免耕覆盖显著提高旱地春小麦成熟期地上部分和籽粒的氮素积累量;NTS处理条件下,其子粒中的氮素分配量最大(152.78 kg·hm^-2),与之相比,T、TS、NT处理分别减少了30.4%、12.1%及19.3%,各处理差异显著（P<0.05）。（7）NTS处理可促进花后氮素向籽粒的转运及贡献率。春小麦营养器官中的氮素向籽粒的转移量和转移率在开花期之后均以NTS处理最大,分别比T、TS、NT处理显著增加37.0%、8.2%、19.1%和22.4%、5.3%、9.5%,但NTS处理小麦氮素转移量对籽粒的贡献率最小（73.04%）。（8）免耕秸秆覆盖显著促进了春小麦氮素利用效率。与NTS处理下的氮素利用效率相比,T、TS和NT处理分别降低12.2%、5.3%和8.7%,各处理差异显著（P<0.05）。各处理氮肥生产效率和收获指数均呈NTS>TS>NT>T,以NTS处理最高,分别比T处理显著高37.8%、18.7%,各处理差异显著（P<0.05）。因此,不同耕作措施能够调节土壤水分及全氮含量促进硝态氮吸收,进而提高春小麦氮素吸收利用,其中免耕秸秆覆盖处理能有效调控土壤水分运动和减少硝态氮累积,是黄土高原改善农田水肥状况,增加作物产量的高效益耕作措施,综上可知,免耕秸秆覆盖处理是该地区土壤蓄水保肥增产效果最佳耕作模式。