紫花苜蓿是目前全球广泛种植的优良牧草。作为粮草轮作系统中的主要牧草,紫花苜蓿在我国西部黄土高原生态环境和经济建设中的作用日益重要。对黄土高原半湿润地区草田轮作系统中3年生,5年生紫花苜蓿头茬生物量累积动态进行研究,并对紫花苜蓿快速生长期(分枝期-初花期)间土壤0-200 cm水分及矿质氮(硝态氮、铵态氮)的时空变化进行测定、分析,以期为紫花苜蓿科学合理的种植提供依据。主要结论如下:1、头茬生长中,3年生、5年生紫花苜蓿株高及产草量的增长都有“缓慢生长-快速生长-缓慢生长”的规律,5年生紫花苜蓿的生长速度与产量均大于3年生紫花苜蓿(P﹤0.01)。分枝期—初花期为苜蓿快速生长期,此期间,3年生、5年生紫花苜蓿的生长速度与绝对生长速率最大,地上生物量增加量达8362.42 kg/hm2、14218.8 kg/hm2,分别占头茬产量的59.29%,71.35%。2、分枝期-初花期,紫花苜蓿地0-200 cm土壤储水量出现亏缺。3年生紫花苜蓿地的土壤储水量亏缺主要发生在100-200 cm土层,5年生紫花苜蓿地0-200 cm都发生了亏缺,0-100 cm表现更强烈,亏缺量大于3年生紫花苜蓿地(P<0.05)。此期内,3年生、5年生苜蓿在0-200 cm土层中的耗水量分别为51.49 mm、40.01mm,水分利用效率达11.23 g·mm-1、28.31 g·mm-1。3、分枝期-初花期,紫花苜蓿地土壤硝态氮储量出现亏缺。3年生紫花苜蓿地硝态氮亏缺量大于5年生紫花苜蓿地(P<0.05);与休闲地相比,3年生紫花苜蓿地0-200 cm土壤中铵态氮储量较发生盈余,且较休闲地盈余量更高,5年生紫花苜蓿地的铵态氮储量水平与试验初期几乎无差异,只在上部0-100 cm土壤中略有减少。4、分枝期-初花期,3年生紫花苜蓿地土壤中矿质氮数量增加,盈余主要发生在0-100 cm土壤中,5年生紫花苜蓿地0-200 cm土壤中矿质氮数量都有所减少。说明,多年生紫花苜蓿前期的生长对于土壤0-100 cm矿质氮的增加有积极作用,随着生长年限的延长,紫花苜蓿的旺盛生长将造成土壤中矿质氮的减少。5、根据氮素输入输出平衡的原理,运用氮平衡模型计算土壤-作物系统中氮的表观损失可以知道,从分枝期到初花期,3年生与5年生紫花苜蓿地氮表观损失分别为745.80 kg/hm2,1515.31 kg/hm2。