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耕作制度在农业生产中占有极其重要的地位，在生产中需要建立一个科学的耕作制度。传统耕作制度是根据农业生产者在长期生产过程中总结获得的高产的经验和因违背自然及经济规律造成减产的教训而逐渐形成的。随着农业科学的进展，人们逐渐认识到，自然界中生物和环境具有因果依存关系，它们在长期进化中形成了一个地带的气候地理环境。农业则是开发和利用这种环境的生产事业。以现代的系统科学（如农业生态系统、农业生产系统、农业经济系统以及农业系统工程等）为理论依据，可以在耕作制度内涵和外在环境的联系中充分发展自然资源的优势，并用社会资源补偿自然资源不足，或者弥补自然条件的劣势。在作物与环境之间也可人为地控制能量转移和物质循环，并在此基础上建立起可持续的，以最优化的产量、产值为目标的技术体系，从而形成科学的耕作制度。但要遵从以下原则。
耕作制度从作物生产的全局上着重研究作物与环境资源、自然与社会经济的关系，是农业系统中的重要环节，它的结构与功能受农业生态系统、农业经济系统以及其他农业技术系统的制约。为此，研究耕作制度时必须重视它的系统性，以减少片面性。耕作制度本身就是多层次、多目标、综合性很强的复合结构。当然，耕作制度有它自己的主体与外延，有它特定的研究对象，强调耕作制度的结构性、层次性、联系性和综合性是为了更好地研究其特定的对象与主体，以便推动农业生产的发展。而它本身又具有以下的系统性特点。
耕作制度的系统结构性是指系统内作物的平面（横向、水平）、空间（垂直）和时间结构以及物质、能量在其中转移循环的途径。作物的平面、空间结构是指各种作物在田块上的数量、比例和空间上的结合方式，即农、林、草的布局，农田中粮、经、饲、绿肥、蔬菜等作物以及果树的布局，粮食作物中主粮、副粮的布局，养地作物与耗地作物的布局等，还包括它们在空间上是以单一作物群体种植，还是以间、混、套作方式结合种植等。作物的时间结构是指各种作物的换茬轮作、连作、复种、套作方式等。系统的结构决定着系统的功能。种植业的平面、空间结构合理，有利于所有作物从全局上充分合理利用农业资源，提高太阳能的利用率，提高种植业的总体生产力和产值。种植业的时间结构合理，有利于在农作物全面高产的基础上实现生态平衡，持续增产，不断提高经济效益。
在复杂的农业系统内具有明显的层次，不同层次各有其结构、环境（自然条件和社会经济条件）以及协调环境与层次结构的技术体系，它们自成系统，相互独立存在，但是，彼此之间又互相联系，互相制约。一般在研究某一层次时，要着重研究其上下层次系统。农村产业系统一般是农业系统的最高层次，包括农村经济中的农业、工业、商业、服务业、建筑业、运输业等子系统。农业生产系统是农村产业系统的子系统之一，它又包括作物种植业、林业、养殖业、加工业等子系统。作物种植业系统是重要的第一性生产，为农业生产系统中重要的子系统，从作物种植业系统所处的层次位置，它与农业生产系统甚至农村产业系统，以及单项作物系统都有联系，相互制约。不考虑作物种植业与其上一层次，即林、牧、副、渔业等有关子系统和其他有关层次之间的有机联系，脱离农业这个整体，就不可能建立合理的耕作制度。同样，没有农业的整体概念，也不可能通过建立耕作制度，促进农业生产的全面发展和农村经济的繁荣。
作物种植系统与其上一层次农业生产系统的联系，一方面，表现在前者是后者发展的基础。例如，第二性生产的养殖业、食品工业、饲料工业，以农产品为原料的各种轻工业、工业等的发展都必须以种植业为基础。而在畜牧业中，又只有富含蛋白质的饲料来源增多，才有利于瘦肉型猪的发展等。所以，从这个意义上讲，调整种植业结构，就起到了调整整个农业生产结构的作用。另一方面，因为作物种植业是农业生产结构、也是农村产业结构的组成部分，种植业结构又受到后者的制约。例如，饲料的发展可以促进畜牧业的发展。但是，畜牧业的发展还取决于市场对畜产品的需求，而市场的需求又受屠宰、冷藏等设施能力、外贸渠道的限制。因此种植业结构中饲料生产的数量、比例不仅受农、林、牧、渔、加工业等农业生产结构制约，还受农、工、商等农业产业结构的约束。经济作物生产更加明显，如棉花，在环境适宜地区扩大面积对种植业发展有利，但在商品经济条件下，如果供大于求，则会引起物价波动，使生产者蒙受损失。而且，棉花作为工业原料，其质量也应满足工业的特定要求，如工业要求棉花纤维强度高，若仅生产纤维强度低的鲁棉一号，生产不对路，也会造成大量积压。为此，要调整种植业结构，不能单从本系统利益考虑，必须联系本系统之上有关层次，有时农业系统上的国民经济系统都对其有所影响。例如国家对农作物产品的总需求、对作物生产所需物质投入的供给、发展战略、管理体制等都制约或约束着种植业系统的发展。
作物种植业系统与其下一层次单项作物系统的联系，表现在它要依据各单项作物转换环境能量、物质的机能高低以及经济效益的大小来确定作物组成，并要运用各单项作物的研究成果等，以能使种植业的整体得到最大效益。
作物种植业系统与农业系统中有关层次的联系本质，主要通过能量流、物质流、资金流、信息流、劳力流5个转换流体现。
能量流，指的是太阳能及人工投入的辅助能量，在种植业系统内及各有关层次间的转移、储存的流动过程。因为能量流动以物质为载体，所以伴随能量流，形成物质流。但物质的流动与能量有所不同，它既按能量流方向流动，又能逆向流动。能量流与物质流是种植业系统内以及种植业与其他有关层次间的基本联系。研究能量流和物质流的目的，在于提高作物对环境资源中能量和物质的转化效率，加大能量和物质输入的源头，进而合理控制能流、物流的流动方向。资金流，可使资金增值。信息流可以提高作物及农业系统中能量转换效率和物质利用率。劳力流可以合理利用劳力资源，提高农业系统生产力。
分析以上作物种植业与其他层次的转换流在于说明以下几点。
（1）进行种植业生产时，要尽力提高农作物总体的光合生产量，同时要善于将人类未能直接利用的光合产物与其他层次联系，通过畜牧业、渔业、蚕桑业、加工业等充分转化、循环，使价值较低的植物性产品转化为营养价值与经济价值都高得多的农、畜、副、工产品，满足社会多方面（人民生活、市场、轻工原料、外贸等）的需要。
（2）使较多的物质以有机肥料形式返还农田，培肥地力，提高生态效益，不断提高农作物产量。
（3）提高农业经济效益，增加个人与集体的收入，合理使用农村劳力促进农村经济全面繁荣。
植物生产的实质是转化日光能为化学潜能，要完成这个转化必须同时保证作物生长发育需要的全部基本生活因素———光、热、水、空气、养分等。它们对植物综合地发挥着影响，是同等重要和不可代替的。农业生产与耕作制度比自然的植物生产更为复杂，除了基本生活因素外，生产条件、市场、价格、科学技术、政策等都起着一定的作用，它们相互交织成一个网络系统。因此，农业生产、耕作制度都带有强烈的综合性。在实践中要注意：耕作制度与资源的一致性，资源利用与保护改善的结合，用地与养地的结合，宇宙因素（光、热、水、空气）与土地因素的结合，农林牧的结合，粮经饲的结合等。某些情况下，综合系统中往往存在着薄弱环节或限制因素，但是如果把某一环节或因素看作或归结为唯一的东西，这样就违反了耕作制度综合性的规律。例如：将耕作制度的多目标性归结为单一的产量、经济或地力，或将耕作制度理论基础的多极性简单地认定是一种学说，如团粒结构学说，土壤肥力学说，生态平衡学说等。这些违反综合性的观点都对耕作制度的发展带来不利影响，这类经验教训并不少见。
在作物生产所转化的资源中，根据资源被利用后能否更新的状况，可以分为以下几种。
（1）恒定性资源。如太阳辐射、温度、降水等气候资源。这类资源不论怎样被利用，都可以年复一年地以比较恒定的数量质量被再次利用，能够自然更新。
（2）消耗性资源。如农机具、煤、石油、化工产品等，用一点少一点。
（3）可更新资源。如土地、森林、草原以及各种畜禽、植物、微生物、地表水、地下水等。这类资源在合理经营管理条件与适宜的自然环境中可能更新、繁衍，被人类继续利用。
但是农业资源的可更新性不是必然的，必须在其潜力范围内合理利用，并采取相应的保护与更新措施。否则，结果往往适得其反。建立合理耕作制度，要对农业资源做综合分析，合理地调节各项资源之间的关系，并通过一定的制度对它们进行管理。
土壤肥力是土壤为植物生长提供和协调营养条件和环境条件的能力，是土壤各种基本性质的综合表现，是土壤区别于成土母质和其他自然体的最本质的特征，也是土壤作为自然资源和农业生产资料的物质基础。土壤肥力按成因可分为自然肥力和人为肥力。前者指在五大成土因素（气候、生物、母质、地形和时间）影响下形成的肥力，主要存在于未开垦的自然土壤；后者指长期在人为的耕作、施肥、灌溉和其他各种农事活动影响下表现出的肥力，主要存在于耕作（农田）土壤。
土壤肥力经常处于动态变化之中，土壤肥力变好变坏既受自然气候等条件影响，也受栽培作物、耕作管理、灌溉施肥等农业技术措施以及社会经济制度和科学技术水平的制约。农业生产上，能为植物或农作物即时利用的自然肥力和人工肥力叫“有效肥力”，不能即时利用的叫“潜在肥力”。潜在肥力在一定条件下可转化为有效肥力。
土壤有机质的含量与土壤肥力水平是密切相关的。虽然有机质仅占土壤总量的很小一部分，但它在土壤肥力上起着多方面的作用却是显著的。通常在其他条件相同或相近的情况下，在一定含量范围内，有机质的含量与土壤肥力水平呈正相关。土壤有机质的肥力作用如下。
（1）为植物提供营养的主要来源。土壤有机质中含有大量的植物营养元素，如氮、磷、钾、钙、镁、硫、铁等重要元素，还有一些微量元素。土壤有机质经矿质化过程释放大量的营养元素为植物生长提供养分；有机质的腐殖化过程合成腐殖质，保存了养分，腐殖质又经矿质化过程再度释放养分，从而保证植物生长全过程的养分需求。
（2）促进植物生长发育。土壤有机质，尤其其中的胡敏酸，具有芳香族的多元酚官能团，可以加强植物呼吸过程，提高细胞膜的渗透性，促进养分迅速进入植物体。胡敏酸的钠盐对植物根系生长具有促进作用。土壤有机质中还含有维生素、激素、生长素、抗生素等对植物的生长起促进作用，并能增强植物抗性。必须指出的是，有机质在分解时，也能产生一些不利于植物生长或甚至有害的中间物质，特别是在嫌气条件下，这种情况更易发生。
（3）改善土壤的物理性质。有机质在改善土壤物理性质中的作用是多方面的，其中最主要、最直接的作用是改良土壤结构，促进团粒状结构的形成，从而增加土壤的疏松性，改善土壤的通气性和透水性。腐殖质是土壤团聚体的主要胶结剂，土壤中的腐殖质很少以游离态存在，多数和矿质土粒相互结合，通过功能基、氢键、范德华力等机制，以胶膜形式包被在矿质土粒外表，形成有机-无机复合体。所形成的团聚体，大、小孔隙分配合理，且具有较强的水稳性，是较好的结构体。土壤腐殖质的黏结力比砂粒强，在砂性土壤中，可增加砂土的黏结性而促进团粒状结构的形成。腐殖质的黏结力比黏粒小，当腐殖质覆盖黏粒表面，减少了黏粒间的直接接触，可降低黏粒间的黏结力，有机质的胶结作用可形成较大的团聚体，更进一步降低黏粒的接触面，使土壤的黏性大大降低，因此可以改善黏土的土壤耕性和通透性。有机质通过改善黏性，降低土壤的胀缩性，防止土壤干旱时出现的大的裂隙。土壤腐殖质是亲水胶体，具有巨大的比表面积和亲水基团，能提高土壤的有效持水量，这对砂土有着重要的意义。腐殖质为棕色、褐色或黑色物质，被土粒包围后使土壤颜色变暗，从而增加了土壤吸热的能力，提高土壤温度，这一特性对北方早春时节促进种子萌发特别重要。腐殖质的热容量比空气、矿物质大，而比水小，导热性居中，因此，土壤有机质含量高的土壤其土壤温度相对较高，且变幅小，保温性好。
（4）促进微生物和土壤动物的活动。土壤有机质是土壤微生物生命活动所需养分和能量的主要来源。没有它就不会有土壤中所有的生物化学过程。土壤微生物的种群、数量和活性随有机质含量增加而增加，具有极显著的正相关。土壤有机质的矿质化率低，不会像新鲜植物残体那样对微生物产生迅猛的激发效应，而是持久稳定地向微生物提供能源。因此，富含有机质的土壤，其肥力平稳而持久不易造成植物的徒长和脱肥现象。土壤动物中有的（如蚯蚓等）也以有机质为食物和能量来源；有机质能改善土壤物理环境，增加疏松程度和提高通透性（对砂土而言则降低通透性），从而为土壤动物的活动提供了良好的条件，而土壤动物本身又加速了有机质的分解（尤其是新鲜有机质的分解），进一步改善土壤通透性，为土壤微生物和植物生长创造了良好的环境条件。
（5）提高土壤的保肥性和缓冲性。土壤腐殖质有着巨大的比表面和表面能。腐殖质胶体以带负电荷为主，从而可吸附土壤溶液中的交换性阳离子等，一方面可避免随水流失，另一方面又能保证被交换下来供植物吸收利用。其保肥性能非常显著。土壤腐殖质和黏土矿物一样，具有较强的吸附能力，单位质量腐殖质保存阳离子养分的能力比黏土矿物大几倍至几十倍，因此，土壤有机质具有巨大的保肥能力。腐殖酸是腐殖质的主要成分，本身是一种弱酸，腐殖酸和其盐类可构成缓冲体系，缓冲土壤溶液中H + 浓度变化，使土壤具有一定的缓冲能力。更重要的是腐殖质具有较强的吸附性能和较高的阳离子代换能力，因此，使土壤具有较强的缓冲性能。
（6）有机质具有活化磷的作用。土壤中的磷一般不以速效态存在，常以迟效态和缓效态存在。因此，土壤中磷的有效性低。土壤有机质具有与难溶性的磷反应的特性，可增加磷的溶解度，从而提高土壤中磷的有效性和磷肥的利用率。
合理的耕作制度要有提高土壤有机质含量的技术措施。第一，提倡秸秆还田。研究表明，秸秆直接还田比施用等量的沤肥效果更好。第二，粮肥轮作、间作。随着农业生产的发展，复种指数越来越高，致使许多土壤有机质含量降低，肥力下降。实行粮肥轮作、间作制度，不仅可以保持和提高有机质含量，还可以改善土壤有机质的品质，活化已经老化了的腐殖质。第三，栽培绿肥。栽培绿肥可为土壤提供丰富的有机质和氮素，改善农业生态环境及土壤的理化性状。
根据《第一次全国水利普查水土保持情况公报》（水利部，2013年5月），截止至2011年12月31日，全国（未含香港、澳门特别行政区和台湾省）共有水土流失面积294.91万km 2 。其中水力侵蚀面积129.32万km 2 ，占水土流失总面积的43.85%；风力侵蚀面积165.59万km 2 占水土流失总面积的56.15%（来源：中华人民共和国水利部官网）。
土壤水蚀是导致坡耕地的水土流失的主要原因，对土地资源破坏很大，直接影响到农业生产的可持续发展。据调查，由于水土流失，东北黑土区土壤有机质每年以0.1%的速度递减。黑土区的开发已近百年，初垦时黑土层一般都有60～80cm厚，有的达1m。开垦20年的黑土地土层厚度减少为60～70cm，有机质下降1/3；开垦40年的黑土层厚度减少为50～60cm，土壤有机质下降1/2左右；开垦70～80年的黑土层一般都只剩下20～30cm，有机质下降2/3左右。
土壤风蚀是发生在干旱、半干旱及部分亚湿润地区土地退化的主要过程之一，其实质是气流或气固两相流对地表物质的剥蚀、分选和搬运的过程。风蚀造成土壤表层粗化，细物质减少，同时有机质和养分质量分数也减少。土壤风蚀威胁着整个北方的旱作农田。据初步研究，内蒙古后山地区及河北坝上地区旱作农田的年风蚀深度1～2mm，陕北长城沿线在1.2mm以上，山东黄淮海平原年风蚀深度1mm多；当风蚀深度为1.5mm时，仅由土壤风蚀所致的土壤有机质损失量就大于植物吸收量，上述3个典型的风蚀深度已接近这一界限，因而成为当地农业生产向精耕细作和高产水平发展的严重障碍（董治宝等，1996）。防止土地沙漠化蔓延，使沙漠化土地逆转首先必须防治土壤风蚀，其重点应放在农田土壤风蚀上。
我国是一个缺水严重的国家。虽然淡水资源总量为 28000 亿m 3 ，占全球水资源的6%，仅次于巴西、俄罗斯、加拿大、美国和印度，居世界第六位，但人均只有2280m 3 ，仅为世界平均水平的1/4、美国的1/5，在世界上名列128位，是全球13个人均水资源最贫乏的国家之一。我国水资源紧缺、用水效率不高和水污染严重，已成为国民经济可持续发展的严重制约因素，水资源的可持续利用是我国经济社会发展的战略性问题。
2016年全国评价河长23.5万km，Ⅰ～Ⅲ类水质河长占76.9%；评价湖泊118个，Ⅰ～Ⅲ类水质个数占23.7%，富营养个数占78.6%；评价水库943座，Ⅰ～Ⅲ类水质座数占87.5%，富营养座数占28.8%；评价全国重要江河湖泊水功能区4028个，达标率73.4%；评价省界断面544个，Ⅰ～Ⅲ类水质断面占67.1%。由于工农业生产导致水资源被污染，不仅降低了水体的使用功能，进一步加剧了水资源短缺的矛盾，对我国正在实施的可持续发展战略带来了严重影响，而且还严重威胁到城市居民的饮水安全和人民群众的健康。
目前我国城市供水以地表水或地下水为主，或者两种水源混合使用，而我国一些地区长期透支地下水，导致出现区域地下水位下降，最终形成区域地下水位的降落漏斗。目前全国已形成区域地下水降落漏斗100多个，面积达15万km 2 ，有的城市形成了几百km 2 的大漏斗，使海水倒灌数十千米。
水利部预测，2030年中国人口将达到16亿，届时人均水资源量仅有1750m 3 。在充分考虑节水情况下，预计用水总量为7000亿～8000亿m 3 ，全国实际可利用水资源量接近合理利用水量上限，水资源开发难度极大。
中国水资源公报显示，2014年全国总用水量6095.0亿m 3 。其中，生活用水占总用水量的12.6%，工业用水占22.2%，农业用水占63.5%，生态环境补水占1.7%。2015年全国总用水量 6103.2 亿m 3 。其中，生活用水占总用水量的 13.0%，工业用水占21.9%，农业用水占 63.1%，人工生态环境补水占 2.0%。2016 年全国供用水总量为6040.2亿m 3 。其中，生活用水占用水总量的13.6%，工业用水占21.6%，农业用水占62.4%，人工生态环境补水占2.4%。由此可见，全国总用水量为6040.2亿～6103.2亿m 3 ，农业用水量最高，占用水资源62.4%～63.5%。
农业以土而立、以肥而兴、以水而旺。水是最短缺的农业重要资源之一，也是制约农业可持续发展的关键因素。随着人口增长，特别是工业化、城镇化进程的加快，工农之间、城乡之间用水矛盾进一步加大，农业缺水形势日益严峻。而随着全球气候变暖，我国旱灾发生频率越来越高、范围越来越广、程度越来越重，干旱缺水对农业生产的威胁越来越大，旱情已成为影响粮食和农业生产发展的常态，农业可持续发展面临严重威胁。因此，必须把发展节水农业作为一项革命性措施，探索一条合理用水、高效节水的水资源利用途径。