河南省是我国重要粮食生产省份和小麦主产区，以仅占全国6%的耕地生产了全国10%以上的粮食，为保障国家粮食安全做出重要贡献。但因降水量分布不均，作物阶段性水分亏缺严重，影响作物高产、稳产。针对这一问题，项目组在十二五国家科技支撑计划、国家“863”和国家自然科学基金等项目支持下，进行了近十年的土壤耕作保墒、土壤结构改良与水资源高效利用技术方面的研究工作，并将研究技术成果在河南省褐土和潮土区进行了大面积示范应用，取得如下创新：
  1、针对河南褐土和潮土区不同年型降雨特征与小麦-玉米周年需水错位问题，明确了两个典型区域农田土壤水分变化特征和作物需水调控关键期。
   在褐土区，小麦返青-拔节、孕穗-抽穗、抽穗-灌浆，玉米小喇叭口-吐丝、灌浆-收获期为作物需水调控关键期；在潮土区，小麦孕穗-扬花，扬花-收获，玉米小喇叭口-吐丝、灌浆-收获期为作物需水调控关键期。因此，在作物关键期进行适时补灌或提高土壤自身的储水能力储存更多的水分才能满足作物对水分的需求，促进作物产量的提高。
  2、明确了褐土和潮土两种土壤土体结构特征、土壤水分入渗过程及土壤水库功能之间的关系，构建了提升土壤水库功能的技术体系，破解了土壤水分供应与作物关键期的需水矛盾。
   经多年研究，探明了降雨的时空分布与作物需水关键期的耦合关系及基于土壤结构的水分调控机理。采用合理的土壤结构改良措施（有机肥、土壤调理剂或保水剂），同时结合深耕深松与免耕等耕作措施，改善了土体剖面土壤有机碳分布和提高了土体结构功能，打破了阻碍降雨水分入渗、蓄存及供应的瓶颈，提升了土壤水库库容与功能，提高了水分在土壤中的存留时间，构建了褐土区抗旱、保墒、增蓄、减蒸和潮土区增蓄、减蒸的土壤水库功能提升技术体系。通过土壤水库功能的提升，协调了土壤水分供应与作物需水过程的同步，确保了作物正常生长发育和高产、稳产与水分高效利用。
  3、基于作物需水关键期，构建了河南省褐土与潮土区小麦-玉米种植模式下周年水资源协调高效利用技术模式，应用作物生长模型（RZWQM2和DSSAT）验证了相关技术的合理性。
   在褐土区构建了保水增效技术体系：选用适宜优良品种+小麦播种前深松（30cm以下），播种前施用有机肥或保水剂+合理氮肥用量（180-210kg/hm2）或出苗后进行秸秆覆盖，玉米实行免耕种肥同播+适时测墒补灌；在潮土区构建了节水高效生产技术体系：选用水分高效利用作物品种，采用小麦秸秆粉碎直接还田、玉米秸秆粉碎翻压还田，小麦播种前采用深松深耕、同时施用保水剂或有机肥+合理氮肥用量（210-240kg/hm2），玉米免耕种肥同播+分期节水灌溉与施肥技术。同时，利用作物生长模型验证了相关技术的合理性。
   项目组历经10余年研究，取得授权实用新型专利5件，软件著作权4件。在Soil and Tillage Research等国内外权威学术期刊发表文章25篇，出版著作1部。针对褐土和潮土区的降雨与作物需水特征，集成应用了土壤增蓄、保墒、地力提升的保墒增效与节水增效技术，并进行了大面积推广。近3年累计推广面积1026.1万亩，经济效益达21.7亿元。水分利用效率提高0.10-0.15kg/mm，肥料利用率提高10%以上。取得了显著的经济、社会和生态效益。