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（1）针对半湿润易旱的气候条件和冬小麦-夏玉米轮作的种植模式，综合覆盖和垄作的优点，探究了不同全程微型聚水二元覆盖和垄沟单一覆盖的蓄水保墒和增产节水效应，获得了冬小麦和夏玉米的合理集雨种植模式。
（2）针对不同的集雨模式，在研究土壤水热效应、植株生长和产量形成的同时，进一步从土壤硝态氮累积、分布和植株氮素吸收、分配等层面对比分析了不同集雨种植的效应。
（3）将新型的控释氮肥应用于中国北方地区的粮食作物生产中，通过设置不同的施用量，与常规尿素进行对比分析，凸显其高效、环保、省工等一系列优点，可为控释氮肥在大田作物上的推广应用提供理论和技术支持。
（4）基于作物地上部生物量分别构建了施用尿素和控释氮肥的冬小麦和夏玉米临界氮浓度稀释曲线模型，并据此建立了氮素吸收模型、氮素营养指数模型和氮积累亏缺模型对植株进行氮素营养诊断，得出了冬小麦和夏玉米合理的尿素和控释氮肥施用量。