水分是限制西北黄土高原旱区春小麦增产的一大瓶颈,如何最大限度地挖掘有限降水的生产潜力,实现土壤水分的有效利用,是该区春小麦高产高效种植的关键所在。试验在黄土高原半干旱雨养条件下,以露地穴播为对照,分析了3种不同集雨覆膜种植方式(全膜平作覆土穴播、全膜垄沟覆土穴播和全膜平作无土穴播)对麦田耗水量、籽粒产量和水分利用效率的影响,旨在为促进春小麦增产和提高降水利用效率提供理论依据。结果表明,在春小麦全生育期,覆膜处理0~200 cm土壤贮水消耗量明显高于露地穴播处理53.35 mm,以全膜垄沟覆土穴播处理的土壤贮水消耗量最多,较对照处理显著增加了49.78%,而其他两种覆膜处理之间不存在显著差异。不同覆膜处理的春小麦总耗水量差别不明显,但显著高于对照处理5.23%。覆膜种植增加了春小麦抽穗至灌浆期阶段的耗水,此阶段的耗水量和耗水比例均最大,平均分别为124.49 mm和46.25%,而全膜垄沟覆土穴播处理在此阶段的耗水量最高,显著高于露地穴播处理21.33%。全膜平作覆土穴播、全膜垄沟覆土穴播和全膜平作无土穴播处理分别可使春小麦增产21.08%、21.92%和9.64%。3种覆膜栽培方式下以全膜平作覆土穴播处理的水分利用效率最高,其次为全膜垄沟覆土穴播处理,二者显著高于对照处理15.36%和13.24%,而全膜平作无土穴播处理的最低,与对照处理之间差异不显著。可见,全膜覆土穴播平作和垄作两种集雨覆膜栽培模式均可以实现旱地春小麦生产的高产高效,但还需要进一步筛选适合西北黄土高原旱区春小麦高产稳产的最佳种植模式。