干旱和水土流失是制约半干旱黄土高原丘陵区粮食安全生产和经济发展的主要因素,坡耕地是该区域径流和泥沙流失产生的主要策源地。为寻求半干旱区控制水土流失和提高降水资源利用率的最佳坡地垄沟集雨种植方式,在定西市安家沟流域基地布置（1）标准集雨垄的径流试验和（2）打结垄沟集雨种植紫花苜蓿大田试验。试验（1）采用完全随机设计,以平地（坡度0°）集雨垄作为对照,研究不同坡度（0°、5°和10°）标准集雨垄的径流效率和临界产流降雨量;试验（2）采用完全随机区组设计,以传统耕作为对照,在坡度5°和10°研究打结方式（无打结垄和打结垄）对径流贮存效率、系统效率、小区径流效率、泥沙流失、土壤养分流失、土壤贮水量、紫花苜蓿干草产量、水分利用效率（WUE）和营养品质的影响。主要结果如下:通过平均径流法（同期径流量与降水量的比值）,坡度0°、5°和10°标准集雨垄的年平均径流效率分别为70.6%、78.5%和88.4%;通过回归分析法,坡度0°、5°和10°标准集雨垄的临界产流降雨量分别为0.46、0.71和0.22 mm,径流效率分别为83.5%、97.6%和96.4%。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,坡度5°时,平作、无打结垄和打结垄的平均径流贮存效率分别为87%、92%和94%,系统效率分别为0%、78%和80%;坡度10°时,平作、无打结垄和打结垄的平均径流贮存效率分别为86%、91%和93%,系统效率分别为0%、83%和85%。坡度5°的平均径流贮存效率（91%）与坡度10°（90%）相当,坡度5°的平均系统效率（53%）略小于坡度10°（56%）。通过平均径流法,坡度5°时,平作、无打结垄和打结垄的小区径流效率分别为11.6%、9.2%和6.7%;坡度10°时,平作、无打结垄和打结垄的小区径流效率分别为14.1%、10.0%和7.8%。坡度10°的小区径流效率是坡度5°的1.2倍。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,坡度5°时,无打结垄和打结垄的泥沙流失量较平作分别降低80.8%和83.3%;坡度10°时,无打结垄和打结垄的泥沙流失量较平作分别降低74.5%和82.0%。坡度10°的泥沙流失量是坡度5°的1.2倍。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,与平作相比,坡度5°时,无打结垄的氮、磷、钾和有机质流失量分别降低81.0%、80.9%、80.9%和78.2%,打结垄的氮、磷、钾和有机质流失量分别降低83.4%、83.3%、83.4%和81.1%;坡度10°时,无打结垄的氮、磷、钾和有机质流失量分别降低81.5%、74.8%、73.6%和61.5%,打结垄的氮、磷、钾和有机质流失量分别降低87.1%、82.0%、81.6%和72.4%。坡度10°的磷、钾和有机质流失量均是坡度5°的1.2倍,氮流失量是坡度5°的1.5倍。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,与平作相比,坡度5°时,无打结垄和打结垄的土壤贮水量分别增加9.3和15.0 mm;坡度10°时,无打结垄和打结垄的土壤贮水量分别增加11.2和16.2 mm。坡度5°的平均土壤贮水量比坡度10°增加4.3 mm。与坡度10°相比,坡度5°上坡、中坡和下坡的土壤贮水量分别增加21.0、16.7和11.5 mm。土壤贮水量排列次序为上坡<中坡<下坡,上沟边>沟中>下沟边,降雨后,尤其大暴雨后。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,与平作相比,坡度5°时,无打结垄和打结垄的紫花苜蓿实际干草产量分别提高20.4%和8.9%,WUE分别提高4.78和4.58 kg hm^-2 mm^-1,经济效益分别降低12.5%和46.1%;坡度10°时,无打结垄和打结垄的紫花苜蓿实际干草产量分别提高22.4%和9.0%,WUE分别提高4.89和4.06 kg hm^-2 mm^-1,经济效益分别降低9.9%和51.6%。与坡度10°相比,坡度5°的紫花苜蓿干草产量和WUE增加不明显。就紫花苜蓿全生育期平均值而言,与平作相比,坡度5°时,无打结垄的粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷含量分别提高23.0%、28.8%、33.4%、20.3%、11.0%和55.4%;打结垄的粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷含量分别提高15.2%、19.9%、28.4%、21.9%、5.5%和43.7%。坡度10°时,无打结垄的粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷含量分别提高30.6%、34.6%、36.6%、19.3%、12.9%和37.2%;打结垄的粗蛋白、粗脂肪、中性洗涤纤维、酸性洗涤纤维、钙和磷含量分别提高23.0%、17.6%、24.2%、30.0%、10.2%和23.2%。与坡度10°相比,坡度5°的紫花苜蓿营养价值增加不明显。在我国半干旱黄土高原丘陵区垄沟集雨种植系统中,无打结垄和打结垄集雨种植具有较好水土保持和增产效果,其中无打结垄增产效果最为明显,打结垄水土保持效果最为明显。