传统理论认为,作物长期连作必将造成不同程度的生长势变弱、产量降低、品质下降、病虫害加重等障碍现象。新疆是我国三大棉花主产区之一,棉花连作非常普遍,随着植棉年限的延长,新疆棉花单产和总产却一直保持稳步增长的态势。多年生产实践证明,栽培技术(化肥、农药、农机、灌溉、育种)新生产力的广泛应用,补偿了棉花连作障碍带来的减产等不利影响。因此,栽培技术作为一种新的生产力,成为人们克服连作弊端的主要驱动因素。本研究以新疆最大的绿洲农区玛纳斯河流域棉田为案例,通过定点定位试验,室内分析测试以及模拟模型等方法,分析绿洲棉田生产力水平的演变规律；阐明栽培耕作措施对棉田生态环境的调控作用；对连作棉田土壤质量退化及恢复进行预警分析；量化农业技术投入对新疆绿洲棉田生产力的补偿效应；阐明绿洲棉花产量保持稳步提高的机理；探讨光、热、水、土及技术等资源优化配置的前提下,棉田生态系统生产力提高、资源高效利用、环境质量改善的调控对策及优化管理方案。研究结果表明,20年来玛河流域棉田利用状况的综合评价由1997年的负值过渡到正值,总体呈现不断上升的趋势。绿洲棉田土壤有机碳和微生物量碳的累积速率随种植年限先升后降,分别在13.2年、11.3年达到最大值;土壤全氮和微生物量氮的累积速率亦呈现相同的变化趋势,分别在17.0年、14.6年时达到最大值。棉田种植10年后士壤质量综合评价值为正,其中棉秆还田技术起到关键作用。通过分析棉花生育期间有效积温的变化规律,阐明覆膜对棉田增温效应的机理,明确覆膜条件下北疆棉田温度补偿系数在出苗-现蕾期和现蕾-开花期分别为0.66和0.25,比国内类似研究在南方地区得到的补偿系数分别高出0.16和0.03,有力说明覆膜技术是北疆地区克服棉花生长季节积温不足的重要因素。根据光截获率与干物质生长的函数关系,得到不同棉花群体消光系数和光能辐射利用效率分别为0.98和3.2g/MJ,表明密植不影响光合有效辐射利用效率,而是通过增加冠层辐射截获量使棉花成铃高峰期和光照热能重合获得高产。以新疆独特的气候条件和栽培模式为基础,通过作物系数法配合Penman—Montieth模型对覆膜滴灌和沟灌棉田蒸散量进行模拟。灌水充分情况下,沟灌与滴灌棉田全生育期蒸散总量没有明显差别,各阶段生育期的蒸散量和蒸散强度在开花前沟灌处理低于滴灌处理,开花后反之。滴灌棉田的灌溉水利用效率和水分利用效率分别比与沟灌棉田高出77%和56%。棉秆还田与无机N肥配施对耕层土壤有机碳和全氮含量影响差异显著,其中棉秆还田与适量无机N肥配施后,土壤C、N密度分别比对照增加0.56倍和0.76倍,土壤碳氮的蓄存速率分别为0.19kg/m2/year和0.05 kg/m2/year.分析表明：滴灌、覆膜、秸秆还田、密植技术对棉花产量的贡献率分别为58.61%、35.44%、20.11%、24.03%。不同技术耦合后对棉花产量的互作效应差异显著,其中滴灌覆膜高密度种植条件对棉田的增产效果最高(281.57 kg/ha),滴灌秸秆还田技术组合后对棉田的增产效果最低(24.99 kg/ha)。本研究首次定量分析了不同农业技术措施对新疆连作棉田生产力提高的补偿效应,明确覆膜栽培对新疆北疆棉田的温度补偿系数值以及密植条件下的消光系数值和光能有效辐射利用效率,阐明通过土壤微生物量和碳氮密度能够反映棉田土壤质量的变化过程,量化了不同栽培耕作技术对棉田生产力的增加效应。研究结果对丰富和发展绿洲特殊的农作制度理论与技术,以及指导绿洲棉花持续生产具有重要意义。同时,本研究将作物生长模型SUCROS-COTTON与作物生产力水平结合起来,为客观评价技术因素对棉田生产力的补偿效应提供了新思路。