水资源短缺严重限制了我国北方地区的农业生产。土地高强度利用、高耗水的麦玉轮作制是我国华北地区的主要种植制度,在保障我国粮食安全方面发挥了重要作用。面对不断增长的人口压力和粮食需求的增长,如何在实现农业可持续发展的基础上高效生产,是作物栽培与耕作领域研究的重要内容。前人在主要种植区对保护性耕作方式在麦玉轮作体系中的响应已进行了大量的试验研究。但前人研究普遍存在试验地点单一,试验面积小,单个试验持续时间短等问题,并且在不同作物、环境条件、栽培管理措施下保护性耕作的效果也不尽相同,对小麦玉米轮作体系大面积均衡增产、水分高效利用不具有普遍性和指导性。本研究以近20年已发表的文献资料为基础,运用Meta分析方法,定量分析了免耕、深松耕对麦玉轮作制中冬小麦、夏玉米产量及水分利用效率的影响,并分析了不同条件下免耕、深松耕的效应变化,以及不同耕作方式下冬小麦的水分生产能力,主要研究结果如下:(1)相对于翻耕、旋耕,深松耕对冬小麦产量和水分利用效率均具有显著的正效应,分别平均显著增加11.44%和6.94%,而免耕冬小麦与翻耕、旋耕相比,平均产量减少4.57%,平均水分利用效率减少2.85%;对于夏玉米而言,两种保护性耕作方式的影响效果无显著差异。(2)免耕、深松耕冬小麦在不同环境条件下的表现不同。相对于翻耕、旋耕,免耕冬小麦在年平均气温≤12℃地区的减产、降低水分利用效率的幅度低于年平均气温>12℃的地区;深松耕在年平均气温>12℃的地区的增产、增效作用更显著;免耕冬小麦的产量和水分利用效率随着地区年平均降雨量的增加由显著负效应变成具有正效应;深松耕冬小麦在年平均降雨量400-600 mm和600-800 mm地区的表现无显著差异,且均优于免耕;免耕和深松耕在细粒结构土壤上的效果优于中粒结构土壤,且在细粒结构土壤上免耕和深松耕相对水分利用效率无显著差异。(3)免耕、深松耕冬小麦在不同栽培管理方式下的表现不同。与翻耕、旋耕相比,免耕冬小麦产量和水分利用效率随着免耕持续年限的延长,表现出先增高后降低的趋势;而深松耕在持续1-6年时,表现出增产、增效的作用,随着深松持续时间的继续延长,相对于翻耕,其对冬小麦产量和水分利用效率已没有显著的增加效果,与免耕也无显著差异;在雨养条件下免耕和深松耕对冬小麦的影响无显著差异;在灌溉条件下,深松耕效果显著优于免耕;在前茬玉米秸秆移除的条件下免耕和深松耕对冬小麦的影响无显著差异;在秸秆还田条件下,深松耕效果显著优于免耕。(4)不同耕作方式下冬小麦的产量随着耗水量的增加均表现出先升高后降低的趋势。当生育期耗水量>350 mm时,在相同耗水量下,深松耕冬小麦水分生产能力高于另外三种耕作方式,水分生产能力依次为深松耕>免耕=旋耕>翻耕。综合以上分析结果,在麦玉轮作制中,冬小麦播种前进行深松耕作,玉米季实行免耕,是实现麦玉轮作体系作物高产和水分高效利用的一种合理周年耕作方式组合。配合前茬玉米秸秆还田、在生育期适时进行灌溉、进行年际间耕作方式的轮换,可以使深松耕的效应更充分发挥。