水资源匮乏是限制中国西北部干旱半干旱区农业生产最为关键的因素，严重阻碍着整个地区的经济发展。传统上有两条有效途径在一定程度上可以缓解这个问题：提高土壤水分含量和减少土壤无效蒸发，例如雨水收集，垄沟集雨，节水灌溉和覆盖(主要是利用秸秆、砾石和塑料薄膜等)。然而，仅仅依靠单一策略无法充分解决这个问题，特别是降水远低于平均水平的年份内。因此尝试将雨水收集和覆盖及补灌相结合可以作为一种有效手段，期望能够改善作物生长的微环境，并提高作物产量和品质。　　 以研究区域常规作物西瓜(Citrullus lanatus)和玉米(Zea mays L.)作为研究材料，测定不同粒径砾石覆盖下土壤蒸发、西瓜蒸散量和水分利用效率；根据不同耕作年限对砂田覆盖层进行田间实地取样，测定覆盖层中土壤的含量，并根据分析结果进行模拟试验，测定砂田不同退化程度下的土壤蒸发变化和土壤温度变化：最后通过集雨覆盖综合试验，经过水分利用效率和经济效益分析，选取研究区域最优耕作措施。　　 砾石覆盖(砂田)的粒径与覆盖层对土壤蒸发的抑制效果密切相关，将不同粒径砾石覆盖下的西瓜(Citrullus lanatus)产量和土壤蒸发与无覆盖对照进行比较，无覆盖处理的土壤蒸发量占总蒸散的40.7％，而砾石覆盖处理仅为17.8％～25％。砾石粒径10mm～40mm的范围内，砾石粒径大小与土壤蒸发强度呈正线性关系。不同粒径大小砾石覆盖的砂田对土壤温度有着不同的影响，中等粒径砾石覆盖对土壤温度具有最显著的影响。作物整个生长季，5cm粒径砾石覆盖土壤温度高于2～5cm和20～60mm粒径覆盖的处理。此外，砂田还具有良好的隔热特性，能够稳定土壤温度并减小其变化幅度。　　 按照砂田耕作年限对砂田覆盖层进行田间实地取样，并将样品做进一步的粒径分析。结果显示覆盖层土壤含量随着耕作年限的增加而增加，呈显著线性正相关关系。基于覆盖层土壤含量(重量百分比)的模拟试验结果，5cm和10cm深度土壤温度在8：00和20:00随着覆盖层退化程度的加重分别呈现减小趋势，而在14:00呈横置的S型。相比于纯砾石覆盖对照，随着退化的加重土壤日最高温延迟时刻提前，日积温减小而日温差增大；蒸发强度极大增加且纯砾石覆盖的对照是无覆盖裸地的对照的三倍，相比较于无覆盖的对照，严重退化的砂田处理4和处理5蒸发量分别是其两倍之多，即年蒸发量比纯砾石覆盖的对照要多110mm。　　 集雨覆盖综合试验结合了农田不同水分利用策略的优点，不同处理的土壤水分变化在整个生长阶段相互之间有着显著差异性，但是由于作物生长状况的不同及其土壤水分的消耗变化，补灌也起着重要作用，使玉米早期阶段和晚期阶段的状况并不一致。塑料薄膜覆盖和砾石覆盖处理的出苗期要比草覆盖处理提前三天，但是草覆盖可以保持土壤水分且不会使得土壤硬实；此外，能够给土壤呼吸提供充足的空气，有利于作物根系生长。　　 垄沟集雨模型显示垄上覆膜处理的雨水收集效率高达70％以上，而无覆盖土垄的集流效率不到30％。垄沟集雨系统且垄上覆膜能够利用仅为0.25mm的降雨，两处理间有着极显著差异(P<=0.01)。垄上覆膜措施可以通过对小雨的收集而提高雨水利用效率。　　 最后根据粮食产量和秸秆产量，对水分利用效率和经济效益进行了分析和估算。处理：垄沟集雨，垄覆膜，出苗后沟覆秸秆，补灌300m3/ha达到最高产量以及关于玉米产量的最佳水分利用效率，使得粮食产量显著提高。考虑收入、水分利用效率和长期经济水分利用效率，处理：垄沟集雨.垄覆膜，沟覆砾石与处理：垄沟集雨，垄覆膜，补灌300m3/ha均为可取策略。　　 砂田覆盖这种传统耕作措施对作物的粮食产量和秸秆产量产生较大影响，垄沟集雨结合覆盖及其节水补灌能够显著提高玉米作物产量。这种特殊的免耕措施通过进一步改良，能在中国西北干旱区半干旱区作为农业可持续发展的措施广泛运用。