优化垄沟配置方式、种植密度和施肥方式可显著提高降水利用效率、作物产量和水分利用效率。以西北半干旱区全膜覆盖垄上微沟种植马铃薯,设置49,500株hm–2(低密度)和64,500株hm–2(高密度) 2个播种密度,传统施肥(PM)、减量追施(PMN)、有机肥替代(PMO) 3个施肥模式,随机区组设计。研究施肥和密度对马铃薯不同生育期土壤温度、阶段耗水量、产量及水分利用效率的影响。结果表明,增密对土壤温度、叶绿素相对含量(SPAD)和产量无显著影响,但降低了花前耗水量、单株地上生物量和水分利用效率,提高了叶面积指数(LAI)和花后耗水量。在块茎膨大期,高密度处理的LAI较低密度增加了3.64%～15.01%;花后耗水量在2015—2016年较低密度增加了6.50%～48.52%。与PM处理相比, PMN和PMO均能提高花前土壤温度、现蕾期-块茎膨大期的马铃薯叶片SPAD值和LAI,其中LAI在花期增加了10.42%～44.26%。PMN和PMO降低了花前耗水量,增加花后耗水量和地上生物量,在块茎膨大期地上生物量较PM增加了6.95%～49.85%。PMN能提高低密度马铃薯的块茎产量和水分利用效率(WUE),2015—2017年产量较PM和PMO分别提高了9.96%～20.87%和13.64%～17.61%,水分利用效率提高了5.46%～20.81%和13.25%～45.24%。因此,增加密度对产量和水分利用效率无显著影响,但化肥减量追施或有机肥替代均可显著促进马铃薯花后耗水和提高LAI,使马铃薯块茎产量和WUE显著增加,是西北黄土高原半干旱区增产增效的养分管理模式。