气候变化对农业产生了重大影响。但大多数研究基于历史气象数据的分析,缺乏与作物生长发育和土壤水分相关联的长期监测。本研究收集了甘肃省农业科学院镇原试验站1957-2020年气象数据和1981-2019年作物生育期数据,并在陇东和宁南开展了相关田间长期试验。研究结果表明,60年来,每10年平均气温增加0.36°C和降水减少11.2mm;1981-2019年的39年间旱地冬小麦田间耗水量平均362.1mm,呈现出每10年减少22.1mm的趋势,但1985-2019年的35年间春玉米耗水量平均405.5mm,保持基本稳定。气候干暖化导致旱地作物生育期发生了明显变化,每10年冬小麦和春玉米生育期缩短5.19天和6.47天,播前推迟3.56天和1.8天,成熟期提前1.76天和5.51天。全膜双垄沟集雨种植使小雨量在垄沟集雨效率达到65.7-92.7%,水分向土壤深层入渗,作物根域水分成倍增加,作物水分满足率提高110-160%,连续15年全膜双垄沟较半膜平作覆盖旱地玉米增产19.87%。旱地玉米群体大小是影响产量和水分利用效率的关键因素,种植密度从3000提高到4500株/亩,玉米产量和水分利用效率增加20.6%和17.4%,从4500提高到6000株/亩再增加12.0%和12.7%。然而,不同降水量地区旱地玉米产量与种植密度均呈现二次曲线关系,曲线性状、最高产量对应的最大密度在地区之间差异很大。在300-500mm年降水量地区,种植密度随降水量的增加而增加,适水种植密度为每1mm降水可种植玉米12株/亩,但超过500mm时种植密度随降水量变化不大。因此,旱地农田抗旱节水应集中在压夏扩秋适水型种植结构建立、垄沟覆盖集雨种植、以水定密适水种植等,以减少气候变化引起的负面影响,增强旱地玉米生产的可持续。