为明确残膜对农业危害机理,实现残膜污染区农业可持续发展。本研究通过室内入渗试验、盆栽试验和大田试验相结合的方法,研究不同条件（初始含水率、干容重和滴头流量）下残膜土壤的水分入渗规律,作物生长下残膜土壤水分和硝态氮的变化和消耗特征,以及不同残膜量下夏玉米和冬小麦生长（根、茎叶穗）、产量和水分利用效率差异,以期探明残膜对土壤水分入渗、农田环境和作物生长的作用机理。主要结论如下:（1）探明了室内条件下残膜对土壤水分入渗的作用机理当入渗深度达到40 cm时,随土壤初始含水率增加,一维试验中初始入渗速率减小,一维和三维入渗时间和入渗水量均减少,一维入渗结束后0–30 cm深度土壤含水率减少,三维入渗结束后湿润体水分均匀性增加。随着土壤干容重增加,一维初始入渗速率减小,一维入渗所需时间增加,湿润体含水率降低,入渗水量减少;三维入渗水量增加,入渗结束后湿润体水分均匀性增加。随残膜量增加,一维入渗时间增加,三维入渗初始横纵比增加。一维入渗中0–200 kg/hm2残膜范围内入渗水量随残膜量增加而增加。三维入渗中0–720 kg/hm2残膜范围内入渗水量随残膜量增加先增加后减少,440kg/hm2残膜是转折点。三维入渗后湿润体水分均匀性随残膜量增加先增大后减小,在残膜量约为437 kg/hm2处取得极大值。一维入渗时间随残膜埋深增加先增大后减小,30–40 cm土层含水率随残膜埋深增加先减小后增加。随滴头流量增大,三维入渗水量增加,湿润体水分均匀性增大。三维入渗中残膜量和滴头流量对累计入渗水量和湿润体水分均匀性有交互影响。（2）明确了残膜对土壤水分、温度和硝态氮含量等农田土壤环境的影响残膜埋深对土壤水分分布有显著影响,盆栽试验显示浅层分布残膜增加浅层土壤含水率减少下部土壤含水率,深层残膜增加含残膜土层和上层土壤含水率,并且这种作用随残膜量增加而增强。在夏玉米生长季,残膜增加农田土壤含水率,减少不同生长时段内深层土壤中的水分消耗。在冬小麦生长季,残膜减少生长前期土壤含水率,增加浅层土壤中水分消耗,但增加生长后期深层土壤含水率并减少深层土壤中水分消耗。起垄覆膜削弱残膜对农田土壤水分的影响,减小残膜处理之间的储水量差异,并推迟差异出现时间。残膜对土壤温度没有显著影响。夏玉米生长季起垄覆膜显著提高垄上土壤温度,对沟内温度无显著影响。冬小麦生长季垄覆白膜提高前期土壤温度,降低后期土壤温度。垄覆黑膜沟不覆盖降低冬小麦全生育期土壤温度,并且后期降温效果更显著。垄覆黑膜沟覆秸秆能够提高土壤温度但与平地不覆差异不显著。沟覆秸秆的增温效果在垄覆黑膜条件下比垄覆白膜更显著。夏玉米季残膜增加各生育期土壤硝态氮含量,减少土壤硝态氮消耗量。并且平地模式下硝态氮消耗发生在0–100 cm土层,垄沟覆膜条件下硝态氮消耗主要发生在0–30 cm土层。冬小麦季残膜增加土壤硝态氮含量,减少收获期硝态氮含量,并且增加不同生长时段内硝态氮消耗量。（3）探明了残膜对夏玉米和冬小麦根系生长和根系构型的影响机理残膜减小夏玉米潜在最大根长量,延迟生根,缩短根生长期时长,当残膜量大于90kg/hm2时,上述差异显著。根长在苗期和成熟期对残膜更敏感。残膜使夏玉米根长重心（50%和95%累计根长所在深度）上移,并且残膜量大于90 kg/hm2时差异显著。起垄覆膜也使夏玉米根长垂直分布重心上移,其中双垄沟全膜覆盖作用最显著。垄覆膜沟覆秸秆使冬小麦根长重心下移,残膜使根长分布重心上移。随生育期推进,夏玉米和冬小麦根长分布重心均表现为先下降后上升,在灌浆期重心最低。单垄沟覆膜和双垄沟全覆膜均增加夏玉米根长,促进提早生根,并且使夏玉米根长垂直分布重心上移,其中双垄沟全覆膜作用最显著。双垄沟全覆膜模式虽然增加根长作用最显著,但主要增加垄上根长,并且在生长后期减少根质量,后期生长乏力。（4）分析了残膜对夏玉米和冬小麦地上干物质、产量和水分利用效率的影响残膜减少夏玉米茎、叶、穗等地上干物质,降低产量和水分利用效率,两年夏玉米季各残膜减少玉米产量1.8%–32.4%,水分利用效率降低4.6%–26.2%,并且当残膜量达到180 kg/hm2时差异显著。单垄沟覆膜增加夏玉米干物质量,两年平均增加夏玉米产量15.3%;双垄沟全覆膜增加夏玉米前期干物质,减少后期干物质,两年平均减产9.4%。两种覆膜方式分别减少夏玉米耗水10.7%和7.0%,提高水分利用效率18.5%和5.9%。残膜减少冬小麦茎、叶、穗干物质量、产量和水分利用效率,残膜减少冬小麦产量1.6%–32.2%,减少耗水量1.8%–8.1%,降低水分利用效率0.2%–26.3%,并且当残膜量达到180 kg/hm2时,产量和水分利用效率显著减少,残膜量达到360kg/hm2时耗水量显著减少。垄覆膜和沟覆秸秆均能增加冬小麦地上部干重、产量和水分利用效率,其中以垄覆白膜效果最佳。残膜减少单行穗数,起垄覆膜增加单行穗数,种植方式和残膜通过影响单行穗数即成穗率来影响小麦产量。综上所述,垄覆白膜沟不覆盖是关中地区夏玉米-冬小麦轮作制度中值得推荐的种植模式。