面对华北寒旱区的低温及水资源缺乏问题，为了缓解水资源短缺的现状和实现坝上地区光热资源的高效利用，于2012年和2013年的4月下旬至9月中旬在张家口市张北县河北农业大学张北试验站进行了以改善华北寒旱区种植技术及提高当地水分利用效率为核心的试验研究。试验以马铃薯‘小白花’为研究材料，分别在张北试验站的砂质栗钙土（简称：砂地）和壤质草甸栗钙土（简称：滩地）农田，设置平作（常规种植）、平作覆膜、起垄、起垄覆膜四种种植方式进行研究。通过监测土壤水分和温度、NPK养分积累与分配、淀粉含量、生长与产量等指标，田间调查和室内实验，较为系统和全面地揭示了华北寒旱区两类农田与起垄和覆膜条件下马铃薯生长的形态特征，马铃薯田土壤温湿度等物理因素变化，马铃薯干物质积累与NPK养分积累和分配特征，以及马铃薯还原性糖、淀粉等品质指标，马铃薯产量效应等。结果表明：地膜覆盖在马铃薯生育前期具有明显的增加地温效应：在滩地，马铃薯封垄前，平作覆膜和起垄覆膜较平作0-25cm的平均地积温高70.51℃和75.99℃，相当于生育期延长3.0d和3.5d；在砂地，马铃薯封垄前，平作覆膜和起垄覆膜较平作0-25cm的平均地积温高41.45℃和82.39℃，相当于生育期延长2.0和4.0d。地膜覆盖主要是通过增加早晨的温度，减缓夜间的降温，从而实现增温的效果。在滩地，起垄覆膜和平作覆膜在早8:00与晚20:00与无膜平作之间的差值较大，而在14:00各处理之间的差值最小。同时，地膜的增温效应主要表现在土壤表层，在滩地，平作覆膜和起垄覆膜在0-10cm的平均地温高于无膜平作0.60℃-3.24℃和0.54℃-4.91℃；在砂地，平作覆膜0-10cm的平均地温显著高于无膜平作0.72℃-1.91℃。地膜覆盖显著提高了马铃薯田水分利用效率：在滩地，试验结果表明，平作覆膜和起垄覆膜均可显著降低出苗前的耗水量和耗水比例，增加块茎形成期和块茎增长期的耗水比例，其中平作覆膜在出苗前耗水比例最低，仅为平作的50.44%和13.17%，平作覆膜在块茎形成和块茎增长期耗水比例最高，是平作的1.20和1.12倍。平作覆膜和起垄覆膜处理，在出苗前和苗期均能保持0-40cm土层具有较高的贮水量，起垄覆膜与平作相差9.11mm。2012年和2013年平作覆膜和起垄覆膜种植的水分利用效率均高于平作，其中平作覆膜的水分利用效率最高，两年分别为50.81kg/（hm2*mm）和68.99kg/（hm2*mm），较平作提高64.65%和86.06%。在砂地试验结果表明，平作和平作覆膜的水分利用效率显著高于起垄和起垄覆膜，其中平作覆膜的水分利用效率最高，达67.34kg/（hm2*mm），起垄的水分利用效率最低，为57.05kg/（hm2*mm），仅占平作覆膜的84.72%。在滩地，覆膜处理的出苗率高于其他两种不覆膜处理，至马铃薯停止出苗，平作覆膜的出苗率最高为86.33%，起垄覆膜次之为84.54%，平作最低为52.54%，分别占平作覆膜和起垄覆膜的60.86%和62.15%。起垄覆膜马铃薯株体最高，可达99.67cm，其次为平作覆膜达94cm。覆膜处理高于其他两种不覆膜处理，覆膜处理比不覆膜处理分枝数平均多3-5个分枝。覆膜处理的叶面积指数高于不覆膜处理。四种处理马铃薯叶面积指数至7月27日达最大值，起垄覆膜>平作覆膜>起垄>平作，分别为3.2、2.9、2.2、2.1，起垄覆膜比平作高出52.4%。在砂地，平作和平作覆膜的出苗率高于起垄和起垄覆膜，其中平作的出苗率最高，为94.85%，起垄覆膜的最低，为77.94%，低平作16.91个百分点。平作株体最高为115.0cm，平作覆膜次之为112.22cm。，覆膜处理的马铃薯分枝数高于其他两种处理，平均高出1-3个分枝。至8月7日四种处理叶面积均达到最大值，表现为平作覆膜>起垄覆膜>平作>起垄，分别是4.7、4.5、4.14、4.13，平作覆膜仅比起垄高13.8%。马铃薯NPK营养积累和分配特征：无论在滩地还是砂地，氮素的浓度在叶片中最高，茎次之，块茎最低。砂地与滩地相比较，磷素的浓度在叶、茎和块茎中始终是砂地高于滩地。但磷素干物质生产效率砂地整体低于滩地。氮、磷、钾素积累量在叶和茎中呈单峰曲线，在滩地氮、钾素块茎积累量表现为一直上升的趋势，而在砂地表现为先升高后平缓的曲线类型。磷素块茎积累量一直表现为上升的趋势。各个元素在马铃薯不同生育期的各个器官中的分配比例，均是前期叶中的比例最高，并在叶中的比例一直呈下降趋势，而在块茎中的比例一直呈上升的趋势。起垄与覆膜下马铃薯干物质积累与分配特征：在滩地，叶干重呈单峰曲线，茎一直呈上升趋势，块茎呈典型的“S”曲线类型。在砂地，叶干重和茎干重同样呈单峰曲线，块茎呈典型的“S”型曲线。滩地与砂地相比较，砂地块茎增重表现出快速增重期早、增重速率高、快速增重期延续时间短的特征，块茎增重基本完成了“S”增长的全过程；而滩地的马铃薯块茎增重，则表现出快速增重期晚、增重速率低、快速增重期延续时间长的特征，收获时仍处于线性增重期未，块茎增重未能完成“S”增长的全过程。砂地相对对于滩地，在出苗50d左右地上营养生长与地下块茎生长的干物质分配达到平衡，而滩地出现在出苗61d（7月27日）左右。并且在出苗40d，砂地各个处理块茎占全株的比例均高于滩地。收获时除平作种植区以外，其他三种处理块茎占干物质的比例滩地均高于砂地。地膜覆盖对马铃薯产量和品质的影响：在滩地，平作覆膜和起垄覆膜均能显著提高马铃薯单株薯产量、块茎产量和品质。2012年和2013年，平作覆膜的单株薯产量和块茎产量均最高，分别为380.96g/株和810.44g/株，较平作提高32.9%和33.9%，块茎产量为11294.14kg/hm2和17458.65kg/hm2，较平作增产69.2%和77.4%；在收获期，淀粉含量以平作覆膜最高为81.71%，起垄覆膜次之为80.41%，较不覆膜的平作分别高6.34和5.04个百分点，淀粉产量也以平作覆膜最高，达3130.75kg/hm2，较不覆膜平作的1771.87kg/hm2增产76.69%。在砂地，各个处理之间单株薯产量差异不明显。块茎产量以平作不覆膜的产量最高，达19483.65kg/hm2。平作覆膜和起垄覆膜的淀粉含量高于其他两种不覆膜处理，其中平作覆膜淀粉含量最高为85.53%，起垄覆膜次之为84.88%，分别比不覆膜的平作高5.12和4.47个百分点。淀粉产量以平作覆膜最高达3804.07kg/hm2，平作次之为3600.39kg/hm2。通过本试验研究揭示了马铃薯生产对坝上地区地气资源环境的生态适应性，以及不同水分管理措施的技术效果，为发展节水与补灌农业，实现产量和经济效益双赢的马铃薯种植方式创新，为区域农田的可持续生产提供新思路、新途径。