[目的]寻找一条持续有效改善半干旱黄土高原退化耕地土壤质量的途径.[方法]以兰州大学黄土高原长期定位试验站为依托,对退化耕地进行了3种处理:①自然恢复；②种植两年生草木樨；③种植紫花苜蓿.[结果]自然恢复有利于改善土壤深层水分但不利于地上植物生物量的提高,而紫花苜蓿虽然地上生物量在3种处理中最高但其0～5 m的土壤含水量最低.此外,相比草木樨处理,自然恢复和种植紫花苜蓿均有利于提高土壤有机碳和全氮含量.所有处理对土壤全磷、速效磷和微生物碳含量的影响无显著差异.土壤水分是半干旱黄土高原农业发展的主要限制因子.[结论]研究表明退化耕地直接转化为自然恢复有利于半干旱黄土高原地区深层土壤水分的改善,同时磷肥的加入是农业生产可持续性的保证.该研究为半干旱黄土高原地区退化耕地的质量恢复提供重要试验依据.