垄沟集雨系统（RF)是提高半干旱地区降水利用率和旱作冬小麦生产力的有效途径。该技术目前主要应用于旱作农田，在灌溉农田中尚未得到推广应用。为此，本研究在2015-16年和2016-17年两个小麦生长年度3种模拟雨量（1: 275, 2:200, 3: 125 mm）下，设置了沟垄集雨种植补灌（RF）和传统畦灌（TF）两种模式和两个补充灌溉水平（150, 75 mm），研究了不同处理条件下集雨补灌对土壤含水量、耗水量、小麦灌浆速率、生物量、产量和净经济效益的影响。主要研究结果如下：　　1、集雨种植补灌对土壤水分、温度、呼吸和小麦生产力的影响　　TF系统下的土壤表层（5-25 cm）温度和ET显著高于RF，使0?200 cm土壤含水量和各生育阶段的土壤呼吸速率增加。与 TF2150处理相比，RF2150处理由于土壤含水量高，调节了土壤温度和呼吸速率，降低了耗水量，延长了水分利用时间致使小麦的生育期延长，从而显著提高了籽粒产量(19%)和 WUE(76%)。模拟降雨和限量灌溉对不同生育时期的单株叶面积和单株总生物量均有显著影响，但在 RF和TF 两种灌溉模式下，当降水量从200 mm增加到275 mm时，并没有显著增加土壤含水量、土壤温度、土壤呼吸速率、ET、WUE、作物生长和籽粒产量。　　2、集雨种植补灌对冬小麦光合特性、干物质运转和水分利用效率的影响　　在200 mm模拟降雨量下集雨种植补灌150 mm处理和同量灌水量的畦灌相比可显著提高平均净光合速率（Pn) （10.4%）、气孔导度（Gs) （27.2%）、蒸腾速率（Tr) （9.3%）、细胞间 CO2浓度（Ci）（4.0%）和干物质转运效率（15.2%），开花前同化物向籽粒转运提高 10.6%、籽粒产量提高 18.9%、WUE提高 75.8%，经济效益达12197元/公顷，ET显著降低32.7%。　　3、集雨种植补灌对籽粒灌浆、激素平衡的影响　　研究结果表明，在125 mm模拟降雨量下RF150处理可显著提高籽粒灌浆速率；在200 mm 模拟降雨量下 RF150处理处理也显著提高了穗基部和上部的单粒重和籽粒灌浆速率；相反，在275 mm模拟降水量下RF系统对穗基部和上部的单粒重和籽粒灌浆速率没有显著影响。在125和200 mm模拟降雨量下RF系统增加了吲哚-3-乙酸（IAA）和玉米素（Z）+玉米素核苷含量（ZR）。RF系统补灌150 mm处理使穗基部和上部籽粒中的脱落酸（ABA）和赤霉酸（GAs）降低。在275 mm降水量下RF系统对穗基部和上部籽粒的IAA、Z+ZR、ABA和GAs含量没有显著影响。籽粒中的IAA，Z+ZR，ABA和GAs与最大及平均籽粒灌浆速率以及最大籽粒重呈正相关。　　4、集雨补灌策略对冬小麦旗叶的抗氧化防御和光合能力的影响　　RF2150处理提高了拔节期和开花期的土壤含水量，提高了旗叶光合色素含量和净光合速率（Pn），这是由于降低了冬小麦不同生育时期的丙二醛（MDA）含量和氧化损伤。RF2150处理显著提高了冬小麦不同生育阶段的超氧化物歧化酶（SOD)、过氧化物酶（POD)、过氧化氢酶（CAT)、抗坏血酸过氧化物酶（APX)和可溶性蛋白质含量（SP）的活性，同时显著降低旗叶中脯氨酸、MDA、H2O2和 O2含量。RF2150处理下的自由 H2O2和 O2的清除能力较强，抗氧化酶活性较高，有效地保护了光合作用机制。旗叶净光合速率与叶绿素含量呈正相关，叶绿素ab、SOD、POD、CAT、APX和SP与脯氨酸、MDA、H2O2和O2含量呈负相关。结论表明，在中国半干旱地区RF2150处理是较理想的节水管理措施，可显著延迟旗叶衰老，增加旗叶的SWC，叶绿素ab、Pn和抗氧化酶活性。