在华北寒旱地区,由于农业资源与生产需求的不匹配,导致资源的过度开发与利用效率低,成为社会生产与农业经济可持续发展的限制因素。为解决该区农业生产所面临的作物连年种植与作物间轮作选配不合理,导致的作物减产、资源利用不充分等问题,进行了实地试验研究。本试验研究选择在砂质栗钙土农田上进行,采用田间定位试验、交叉式设计、以年际间作为重复,监测不同茬口的水分、养分特性及作物对茬口的适应性,明确作物间的茬口效应、轮作关系及作物组配机制,为该区农业生产提供合理的作物轮作制度。主要结果如下:1.明确了茬口、年型、作物种类对产量的影响特征在华北寒旱区栗钙土农田,以生物产量为生产目标,不同茬口的马铃薯平均产量较连作增产6.16%～28.87%;莜麦茬亚麻的平均产量较连作明显增产16.01%;连作饲用谷子产量最低,其他4种茬口饲用谷子的平均产量较连作增产24.82%～42.08%;饲用谷子茬莜麦较连作减产3.43%,其他茬口的莜麦较连作增产7.15%～19.21%;马铃薯茬甜菜的平均产量较连作明显增产,是连作平均产量的1.21倍。5种作物间生物产量相差2.14%～130.40%,经济产量相差4.11%～532.28%。在由4年内5种茬口下所产生的100个作物生物产量、经济产量构成的集团中,茬口因素引发的变异占总变异的0.84%～1.44%,年型因素占总变异3.18%～5.53%,作物类型因素占总变异的53.92%～78.46%;作物与茬口互作因素占总变异的1.78%～3.69%;作物与年型互作因素占总变异的11.17%～27.74%。茬口因素在引发产量变异中占比很低。2.明确了作物生产对播种期茬口水分、NP养分贮量不敏感,作物间水分、养分利用效果差异明显的特征监测表明,马铃薯、亚麻、饲用谷子、莜麦、甜菜播种期土壤贮水量4年平均茬口间分别相差 2.77～21.95、2.15～13.79、0.55～18.69、0.37～7.29、1.16～41.42mm,但统计分析表明茬口贮水量与作物产量之间不存在农学意义上的相关性;播种期土壤NP养分贮量也是如此。各茬口的马铃薯、亚麻、饲用谷子、莜麦、甜菜间的农田耗水量、水分利用效率均无明显差异;作物间的农田耗水量、水分利用效率差异显著;甜菜的农田耗水量、水分利用效率均显著高于其他4种作物,各茬口的马铃薯、饲用谷子、莜麦、甜菜间的N、P生物学效率和农田N、P产投比均无明显差异;莜麦茬亚麻的农田N素产投比显著高于连作,各茬口亚麻间的N、P生物学效率及农田P素产投比均无明显差异。作物间养分生物学效率差异显著,甜菜的N、P素生物学效率显著高于其他4种作物。作物间农田N产投比变化在0.60～1.40,亚麻、莜麦的农田N素产投比显著高于其他3种作物;作物种类间农田P产投比变化在0.35～1.53,莜麦的农田P产投比显著高于其他4种作物。3.明确了适宜的轮作方式及土地利用效果在5种作物组成的20种茬口衔接组合中,各作物茬口对马铃薯、亚麻、饲用谷子、甜菜生产均表现为“有利效应”;饲用谷子茬口对莜麦生产表现为“有害效应”,马铃薯、亚麻、甜菜茬口对莜麦表现为“有利效应”。在10种轮作组合中,以作物土地资源利用效果(LERr)为衡量标准,饲用谷子→莜麦轮作组合两作物间具有偏利补偿效应;其他9种轮作组合均为互利效应,其中饲用谷子→马铃薯、莜麦→马铃薯、莜麦→亚麻、甜菜→亚麻、甜菜→莜麦5种轮作组合受年际间环境的影响较小,饲用谷子→马铃薯轮作组合的LERr值最高,为1.30,莜麦→马铃薯LERr值次之,为1.26。综上所述,在华北寒旱区砂质栗钙土农田,茬口的养分和水分状况对后茬作物的影响较小,但作物间的产量差异显著,气候年型环境对作物生产的影响明显。在砂质栗钙土农田,作物间适宜的轮作组合为饲用谷子→马铃薯、莜麦→马铃薯、莜麦→亚麻、甜菜→亚麻、甜菜→莜麦。砂质栗钙土农田作物茬口特性的明确,与适宜轮作组合的确定为该区农田高效生产提供重要的理论与技术依据。