固定垄保护性耕作是将保护性耕作、固定道、垄作和沟灌等技术相结合的一项高效节水、保土的新型农业生产体系，有利于解决我国北方灌溉区农业发展面临的水资源短缺，灌溉水利用率低，土壤侵蚀，农业经济效益差等问题，具有较大应用潜力。本文在西北一年一熟和华北一年两熟区进行了固定垄保护性耕作的系统试验研究，对固定垄保护性耕作条件下的沟灌水分入渗趋势、节水效应、环境和经济效益进行了研究。同时，针对固定垄垄宽较大时(固定垄中心距≥100cm)，水分由垄沟向两侧垄床中央侧渗难的问题，进行了松垄作业的试验研究，取得重要研究进展。为完善小麦固定垄保护性耕作机器系统，研制了一种起修垄机。主要研究成果包括： 1.利用土壤含水量、土壤水势和湿润锋曲线动态监测相结合的方法，研究了固定垄沟灌水分入渗趋势。沟灌时，水分从垄沟向下垂直入渗和向两侧垄床侧渗，垂直下渗速率快于水平侧渗速率，且随着采用固定垄保护性耕作时间的延长，沟灌时水分垂直下渗速率会逐渐降低，水平侧渗速率会逐渐提高。在水分入渗过程中，水分在0-50 cm深度的水平侧渗速率快于50-100 cm；在水分再分布过程中，水分在50-100 cm深度的水平侧渗速率快于0-50 Cm。 2.系统地研究了固定垄保护性耕作的环境和经济效益。 在西北一年一熟区，固定垄保护性耕作可改良土壤结构，提高水分利用率，保护生态环境，提高生产效益，能适合当地自然和农艺条件。两年固定垄保护性耕作后，垄床0-20cm土层容重比传统耕作低2.8％。两年春小麦生产，固定垄保护性耕作分别比传统耕作和免耕覆盖减少总灌溉量2010m<3>/hm<2>和1248<3>/hm<2>，分别提高水分利用率22.5％和18.3％。按西北灌溉耕地面积377.59×10<4>hm<2>计算，每年可减少灌水37亿m<3>。与传统耕作和免耕覆盖相比，固定垄保护性耕作分别平均增产2.5％和3.0％，增加年收入1073.4元/hm<2>和167.2元/hm<2>。 在华北一年两熟区，固定垄保护性耕作可作为由传统平作、大水漫灌向免耕平作、喷灌或滴灌转变的过渡耕作系统。一年固定垄保护性耕作后，垄床0-20cm土层容重比免耕覆盖低3.5％。一年冬小麦和夏玉米两季作物生产，固定垄沟灌相对喷灌减少灌溉成本380元/hm<2>，提高两年平均水分利用率1.3％。固定垄保护性耕作冬小麦产量比免耕覆盖低7.6％，但夏玉米产量高14％，因而两种耕作系统年收入接近，分别为11519.5元/hm<2>和11560.5元/hm<2>。 3.采用松垄技术解决了宽垄沟灌条件下水分侧渗到垄中难的问题，并研制了一种松垄机，设计了平刀、缺口刀和V形刀三种割刀。田间试验表明，松垄作业在春小麦整个生长过程都能增加土壤含水量。相对未处理垄，松垄作业能提高春小麦出苗数2.8％，产量2.9％和水分利用率2.7％。其中，平刀和V形刀松垄效果好于缺口刀。 4.根据梯形垄床设计方案，研制了一种起修垄机，完善了小麦固定垄保护性耕作机器系统。整机采用起垄犁翻土，组合式垄面成形镇压装置完成梯形垄床的成形和镇压。田间试验表明，机具起、修垄效果良好，可满足张掖地区垄形尺寸和农艺要求。