为探索和解决半干旱黄土高原区垄沟集雨种植紫花苜蓿的可持续性,寻求秸秆炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿的最佳垄宽和适宜秸秆炭覆盖量,布设秸秆炭覆盖集雨垄径流试验（1）和垄沟集雨种植紫花苜蓿大田试验（2）:（1）采用随机区组设计秸秆炭覆盖集雨垄径流试验,共设9个处理（3个垄宽×3个秸秆炭覆盖量）,研究集雨垄的径流特征,采用标准SCS-CN（Soil Conservation Service Curve Number）模型及修正曲线数MoCN（modified curve number）模型估算次降雨径流量,将预测结果与实测数据进行对比验证;（2）采用随机区组设计秸秆炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿大田试验,以传统平作（FP）为对照,共设10个处理（3个垄宽×3个秸秆炭覆盖量+1个传统平作）,研究秸秆炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿对土壤水分、土壤温度、土壤养分、紫花苜蓿生长特性、干草产量、水分利用效率（WUE）和营养品质的影响。采用灰色联度分析法,对紫花苜蓿生长特性、产量、WUE和营养品质进行综合评价,确定最佳秸秆炭覆盖垄沟集雨种植模式,主要结果如下:MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、SMB₃₀、SMB₄₅、SMB₆₀、DMB₃₀、DMB₄₅和DMB₆₀（MCS、SMB和DMB分别代表土垄、单倍秸秆炭垄和双倍秸秆炭垄,下标分别表示垄宽为30、45和60 cm）的平均径流效率分别为15.48%、17.65%、19.84%、12.81%、14.51%、16.14%、10.67%、12.78%和13.80%,平均径流效率随集雨垄宽度增加而增加,随秸秆炭覆盖量增加而减小。在预测秸秆炭覆盖集雨垄径流量时,MoCN模型的模拟精度优于标准SCS-CN模型。与标准SCS-CN模型相比,修正曲线数MoCN模型的纳什效率系数提高40.00%-275.00%,相关系数提高1.31%-20.03%。秸秆炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿增加根系层土壤含水量,明显缓解土壤干旱胁迫,土壤含水量排列次序为土垄>单倍秸秆炭垄>双倍秸秆炭垄>传统平作,土壤含水量随集雨垄宽度增加而增加。与传统平作相比,就紫花苜蓿全生育期而言,MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、SMB₃₀、SMB₄₅、SMB₆₀、DMB₃₀、DMB₄₅和DMB₆₀的0-2 m土壤贮水量分别增加27.30、46.41、60.08、20.10、35.17、48.80、15.65、15.45和38.95 mm。不同处理间垄上表层土壤温度差异明显,沟中表层土壤温度差异不明显,垄上表层土壤温度随集雨垄宽度增加和秸秆炭覆盖量增加而增加。与传统平作相比,就紫花苜蓿全生育期而言,MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、SMB₃₀、SMB₄₅、SMB₆₀、DMB₃₀、DMB₄₅和DMB₆₀的垄上土壤有效积温分别增加63.62、171.57、278.04、211.15、315.18、420.74、364.24、463.66和566.84°C。秸秆炭覆盖垄沟集雨种植提高紫花苜蓿收获期0-60 cm平均土壤养分含量和pH值,土壤养分含量和pH值随集雨垄宽度增加和秸秆炭覆盖量增加而增加。土壤全氮含量和有机质含量排列次序为双倍秸秆炭垄>单倍秸秆炭垄>土垄>传统平作,速效磷含量、速效钾含量和pH值排列次序为双倍秸秆炭垄>单倍秸秆炭垄>传统平作>土垄。与传统平作相比,土垄、单倍秸秆炭垄和双倍秸秆炭垄的平均土壤全氮含量分别提高2.07%、41.16%和52.95%,平均土壤有机质含量分别提高7.49%、11.66%和15.98%。秸秆炭覆盖垄沟集雨种植增加土壤含水量和土壤有效积温,从而促进作物生长发育和产量形成。与传统平作相比,MCS₄₅、SMB₃₀、SMB₄₅、SMB₆₀、DMB₃₀、DMB₄₅和DMB₆₀的实际干草产量分别增加8.36%、39.72%、40.19%、31.44%、32.12%、31.77%和11.08%,MCS₃₀和MCS₆₀的实际干草产量分别减少5.13%和0.01%;MCS₃₀、MCS₄₅、MCS₆₀、SMB₃₀、SMB₄₅、SMB₆₀、DMB₃₀、DMB₄₅和DMB₆₀的WUE分别增加7.70、14.11、15.07、13.35、19.00、22.47、10.50、15.34和16.54 kg hm^-22 mm^-1。秸秆炭覆盖垄沟集雨种植提高紫花苜蓿粗蛋白含量和磷含量,降低中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量,粗蛋白含量和磷含量随集雨垄宽度增加而增加,中性洗涤纤维含量和酸性洗涤纤维含量随集雨垄宽度增加而减小。与传统平作相比,土垄、单倍秸秆炭垄和双倍秸秆炭垄的粗蛋白含量分别提高8.84%、23.86%和24.16%,磷含量分别提高5.98%、16.12%和23.67%,中性洗涤纤维含量分别降低13.58%、8.80%和4.90%,酸性洗涤纤维含量分别降低14.17%、12.94%和9.22%。采用灰色联度分析法对紫花苜蓿株高、分枝数、产量、WUE和营养品质进行综合评价,等权关联度和加权关联度的排列次序为SMB₆₀>DMB₆₀>SMB₄₅>MCS₆₀>DMB₄₅>SMB₃₀>DMB₃₀>MCS₄₅>MCS₃₀>FP,秸秆炭覆盖垄沟集雨种植紫花苜蓿的最佳垄宽为60 cm,适宜秸秆炭覆盖量为3×10⁴ kg hm^-2。