中国北方半干旱地区水资源匮乏，合理、高效开发利用降水资源成为旱地农业可持续高产发展的重要途径。沟垄系统通过改变田间微地形，可以使降水叠加、集蓄进入种植沟内，为旱区作物高产、稳产奠定了较好的水分基础。我国已对半干旱区小麦、玉米、谷子等大田作物在覆膜或沟覆盖秸秆下的产量效应及水分集蓄特性进行了大量研究，而对于高效经济作物在沟垄覆膜系统内的水分运动、分布及利用效率研究较少。因此，本研究针对高寒半干旱区栗钙土农田旱薄相随、水肥俱缺、土壤粗骨的障碍因素，通过积聚熟土层、垄沟覆膜与集中培肥措施，创建农田微域聚土集水技术模式，进而探讨该模式对稀植经济作物小南瓜产量、水氮利用效率、土壤水分、养分的运移分布规律及经济效益的影响。主要研究结果如下： (1)垄覆膜方式集流到沟内的水分数量较多，但因蒸发和侧渗，在沟内下渗深度较浅，与聚土措施结合使剖面土壤水分呈“上润下干”特征分布。沟膜处理“集流、减弱蒸发”作用明显，各土层含水量一般均高于垄膜处理，但水分的分层分布特征不明显。沟膜处理小南瓜农田耗水量低于垄膜。小南瓜水分利用效率(Wator use efficiency,WUE)的大小顺序为沟膜>垄膜、施肥(N<,60>P<,45>)>无肥(N<,0>P<,0>)。聚土处理以40cm熟土厚度所获得的水分利用效率最高。沟膜结合聚土60cm并配施N<,60>P<,45>处理(FF3)的WUE值最高为31.25kg·mm<-1>·hm<-2> (2)沟膜比垄膜处理小南瓜生物产量和经济产量均有不同程度的提高，积聚40cm、60cm熟土可使干生物量分别比20cm熟土处理增加1.65％～67.87％。聚土处理中均以聚40cm熟土处理的经济产量显著高于20cm、60cm熟土处理。沟膜处理经济产量显著(P<0.05)高于垄膜处理。覆膜、聚土与施肥共同作用下，以沟膜与聚土40cm相结合并配施N<,60>P<,45>处理(FF2)产量最高为9812.5 kg·hm<-2>(2004)。 (3)覆膜、聚土与施肥处理在提高小南瓜产量的同时，使土壤有机质、全氮含量略下降。土壤有效氮、磷含量以开花座果期>收获期>播前。氮素(吸收)利用效率(NUE)的平均大小顺序为沟膜>垄膜>无膜，施肥<无肥处理；施肥降低了氮素生理效率(NPE)。沟膜比垄膜处理每1kg肥料氮多生产小南瓜10.65 kg。 (4)沟膜处理在小南瓜发芽期与幼苗期土壤温度高于垄膜与无膜处理，促进了幼苗早发和壮苗；开花后低于垄膜和无膜，减弱了茎叶的徒长。 (5)覆膜、培肥条件下，小南瓜的平均生物产量和经济产量均以有机培肥>客土培肥>无机培肥，沟膜>垄膜；在垄、沟覆膜方式下，施化肥处理生物产量和经济产量显著高于N<,0>P<,0>处理。在生物产量的两部分组成中，沟膜处理的经济产量高于垄膜，而茎叶产量低于垄膜。两种覆膜方式下，配施化肥分别增产5.58％～31.33％和5.13％～35.26％，沟膜比垄膜增产1.64％～15.43％。沟膜结合有机肥配施N<,60>P<,45>可获得最高的经济产量(14829.2 kg·hm<-2>)。 (6)覆膜、培肥条件下，小南瓜在开花-成熟阶段耗水明显多于其它时期；沟膜比垄膜和无膜处理可贮存较多的水分，耗水量以垄膜处理较大，平均比沟膜处理多耗水71.44mm，水分利用效率以沟膜处理均值最高，有机无机培肥相结合，水分利用效率高达42.53 kg．mm<-1>·hm<-2>。 (7)覆膜、培肥条件下，土壤有机质、全氮、有效氮及有效磷含量的剖面分布均呈现出典型的“上高下低”的特征，40cm以下土层养分匮乏；座果期土壤有效氮素比播前增加了7.61％～150.18％；施用客土和有机肥可增加表层土壤有机质含量，且提高了氮素利用效率(NUE)和氮素生理效率(NPE)。以垄膜单施客土处理(RⅡ)氮素利用效率(NUE)最高，平均为33.29kg·kg<-1>N。NUE均值以垄膜高于沟膜，N<,60>P<,45>处理低于N<,0>P<,0>处理。沟膜处理植株比垄膜处理平均多吸收了13.84％的有效氮素。有机、无机培肥相结合，氮响应度均值达到156.41kg·kg<-1>N。 (8)聚土与培肥措施相比，在垄沟两种覆膜方式下，小南瓜产量及水氮利用效率均以有机培肥处理高于聚土处理，有机培肥配施化肥处理的小南瓜净收益显著高于聚土处理。若聚土措施与有机肥配施化肥相结合，应能更好的促进小南瓜的生长，取得更佳的水分、氮素利用效率，并能持续保持土壤肥力不衰退，可获得显著的经济及生态效益。