随着我国北方干旱趋势加剧，黄土高原旱作高产粮田作物强烈吸水蒸腾作用导致深层土壤干燥化，深层土壤水分对作物根系分布土层水分补充调剂能力丧失，削弱了土壤水库对年际干旱的缓冲与调节能力，作物转而完全依靠年度或季节降水维持生长，从而引起作物生长和产量完全受降雨量控制，并随自然降雨量年际变化出现较大波动，旱作高产粮田因旱减产现象普遍发生，严重制约了旱作农田粮食生产长期持续稳定发展。本研究通过广泛的田间水分测定调查和应用土壤－作物系统过程模型CroPMan模拟方法，系统定量研究黄土高原旱作高产粮田自然降水、土壤贮水和作物用水的基本特征，摸清不同降水类型区旱作粮田不同产量水平下土壤干燥化规律，确定科学合理的土壤水分利用强度和土壤水分作物承载力，探索减轻土壤干燥化程度的土壤水分调控技术，预防与消除土壤水分过耗导致旱作农田土壤干燥化与区域水分生态环境恶化趋势，实现黄土高原旱作农田粮食生产持续高产和稳定发展。

黄土高原旱地土壤干燥化现象日益显现，导致旱作粮田产量波动性加剧。在黄土高原各干旱类型区，实地观测了小麦、玉米、马铃薯等各类粮田0～6m土层土壤湿度，定量评价和比较了粮田土壤干燥化强度和区域分布特征，组建了WinEPIC模型逐日气象要素、土壤理化性状和作物生长参数数据库。应用WinEPIC模型定量模拟研究了各干旱类型区不同肥力处理下连作小麦、玉米和马铃薯田以及麦玉轮作方式40年产量动态、0～7m土层逐月土壤有效含水量和土壤湿度剖面分布年度变化动态。结果表明，各类旱作粮田作物产量均随施肥水平提高而增加，但均随降水量年度和季节变化表现出强烈的波动性降低趋势，在模拟初期旱作粮田0～6m土层土壤干燥化过程较为强烈，此后土壤有效含水量随年度和季节降水量变化在200～700mm范围内波动，随作物生长年限延长与肥力水平提高，粮田土壤干层分布深度和厚度不断加深和加厚，2～5m深层土壤湿度长期维持稳定的干燥化状态。这表明旱作粮田作物高产是以深层土壤水分过耗为代价的，会引发"自然降水－土壤贮水－作物用水"关系失衡，必然导致作物产量波动性增加。据此，提出了各干旱类型区各类旱作粮田土壤水分承载力和适宜施肥水平。