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在半湿润灌区通过设置沟垄集雨种植条件下不同灌溉量处理，以平作种植为对照，研究了2种沟垄宽度下集雨种植结合补灌对冬小麦单株叶面积、光合色素的含量、叶绿素荧光参数的变化、旗叶净光合速率等光合特征指标的影响，并根据产量及水分利用效率探讨其增产节水效果，为旱作技术在灌溉农田的应用提供理论依据和技术指导。研究主要结论如下：1.沟垄集雨种植各处理在冬小麦各个生育期单株叶面积均高于平作不灌水处理（CK）和平作灌水处理（T7），沟垄集雨种植方式下补灌量为750m3hm-2和不灌水处理的单株叶面积宽垄沟（60cm+60cm）高于窄垄沟（40cm+40cm），补灌量为375m3hm-2时则窄垄沟高于宽垄沟。沟垄集雨种植单株叶面积比平作种植增加44.2%-113.2%（P<0.01），集雨补灌宽垄沟处理T2（补灌量为375m3hm-2）、T3（补灌量为750m3hm-2）和窄垄沟处理T5（补灌量为375m3hm-2）、T6（补灌量为750m3hm-2）单株叶面积分别比平作灌水750m3hm-2处理（T7）显著提高45.1%、72.8%和51.1%、60.9%（P<0.05）。2.沟垄集雨处理较CK、T7处理显著提高抽穗期和灌浆期冬小麦的叶绿素a、叶绿素b、总叶绿素和类胡萝卜素含量（P<0.05）。沟垄集雨处理较平作处理增加了叶绿素/类胡萝卜素比值，降低了叶绿素a/b比值，减缓了生育中后期叶绿素的降解速度，有利于净光合速率的提高。集雨补灌在灌水量减半的条件下也能比平作灌水保持较高的Chl/Car比值，且宽垄沟优于窄垄沟。3.各沟垄集雨处理的旗叶净光合速率(Pn)、蒸腾速率(Tr)、气孔导度(Gs)和胞间CO2浓度（Ci）均较CK和T7处理增加，各指标随生育进程推进先增加后下降。Pn随灌水量的增加而增加，60cm沟垄集雨种植补灌量为750m3hm-2和不灌水处理显著高于40cm沟垄集雨补灌750m3hm-2和不灌水处理（P<0.05），60cm和40cm沟垄集雨种植处理Pn分别比T7增加39.3%-50.3%和18.7%-31.6%。沟垄集雨补灌处理Tr值较T7提高41.9%-91.6%（P<0.05），集雨处理之间差异不显著，均显著高于CK（P<0.05）；沟垄集雨补灌处理Gs值为T7的0.9-2.1倍，60cm沟垄集雨处理显著高于平作（P<0.05）；各处理之间Ci差异不显著。生育期内沟垄集雨种植的叶片水分利用效率（WUEL）与T7无显著差异。4.沟垄集雨处理较平作处理增加了Fo、Fm、Fv、Fv/Fm、Fv/Fo和qP，降低了qN。冬小麦生育期沟垄集雨处理的Fo、Fm、Fv分别较平作灌水处理（T7）显著增加4.6%-11.9%、3.8%-54.7%、2.4%-122.3%（P<0.05）。沟垄集雨补灌处理的Fv/Fm、Fv/Fo在开花期和灌浆期均显著高于T7和CK处理（P<0.05）；沟垄集雨处理的光化学淬灭系数qP整体高于平作灌水和不灌水处理。相同灌水量下60cm沟垄集雨处理的叶绿素荧光参数高于40cm沟垄集雨处理，相同种植方式冬小麦叶绿素荧光参数随补灌量增加增加。随生育进程的推进，各处理的非光化学淬灭系数qN均呈增加趋势，灌浆期其他各处理显著低于CK（P<0.05），集雨处理的qN随补灌量增加而降低。5.不同种植方式下籽粒产量和生物产量均随灌水量增加而增加。60cm沟垄集雨处理籽粒产量、生物产量均高于相同补灌水平下的40cm沟垄集雨处理。集雨补灌750m3·hm-2处理显著高于不灌和补灌375m3·hm-2处理（P<0.05）。沟垄集雨处理的籽粒产量较CK显著提高。60cm沟垄集雨处理较平作灌水处理（T7）增产2.8%、9.6%（P<0.05）和18.9%（P<0.05）。沟垄集雨处理的生物产量较CK显著增加了66.3%-105.1%（P<0.05）。T2、T3、T6较T7生物产量增加9.5%、13.0%（P<0.05）、7.2%。6.沟垄集雨处理较平作提高降水利用效率PUE、灌水利用效率IUE和总水分利用效率WUEy。相同灌水量下60cm沟垄集雨处理PUE显著高于40cm沟垄集雨处理，相同种植方式下灌水750m3·hm-2处理显著高于不灌水和灌水375m3·hm-2处理（P<0.05）。60cm沟垄集雨补灌375m3·hm-2处理T2的IUE最高，比其他灌水处理T5、T3和T6、T7显著提高。随灌水量的减少，IUE增加，且宽垄沟高于窄垄沟。沟垄集雨种植较平作处理显著提高农田总水分利用效率WUEy（P<0.05），宽垄沟显著高于窄垄沟（P<0.05），相同宽度集雨种植处理之间无显著差异。60cm沟垄集雨种植的WUEy较T7显著提高10.3%-15.5%（P<0.05），40cm沟垄集雨种植的WUEy显著低于T7，较CK显著增加了15.1%-25.4%。