垄沟集雨种植系统因其有效改善土壤水温环境,促进作物生长,具有稳产增产的功效,在半干旱区逐步推行。在集雨种植方式下如何通过合理施肥进一步提高冬小麦光能利用,进而完善垄沟集雨种植技术具有重要的实践意义。本研究于2017-2019年在典型半干旱区（宁夏彭阳县）基于集雨种植方式（以传统平作为对照）,设置4个施肥梯度N₂₇₀P₁₈₀(N 270 kg hm^-2:P₂O₅ 180 kg hm^-2)、N₁₈₀P₁₂₀(N 180 kg hm^-2:P₂O₅120kg hm^-2)、N₉₀P₆₀(N 90 kg hm^-2:P₂O₅60 kg hm^-2)、N₀P₀(N 0 kg hm^-2:P₂O₅ 0 kg hm^-2)。分析了垄沟集雨种植方式下施肥量对冬小麦叶片光合生理特性、冠层光能利用、产量构成、肥料利用及经济效益的影响,主要研究结果和结论如下:（1）和传统平作相比,集雨种植可以有效改善冬小麦旗叶相对含水量（RWC）、相对叶绿素含量（SPAD）,提高净光合速率（Pn）0.23%-13.87%、蒸腾速率（Tr）0.36%-10.01%、气孔导度（Gs）1.69%-20.25%、叶片水分利用效率（WUE_L）0.05%-8.04%,最大荧光（Fm）0.13%-11.99%、光系统Ⅱ潜在活性（Fv/Fo）1.34%-19.44%、光系统Ⅱ最大光化学效率（Fv/Fm）0.12%-3.36%、实际光化学效率（Φps II）0.05%-21.74%、电子传递速率（ETR）1.46%-31.04%,施肥显著提高Pn、Tr、Gs、WUE_L、RWC、SPAD、Fm、Fv/Fo、Fv/Fm、Φps II、ETR,N₁₈₀P₁₂₀出现最高水平,继续施肥至N₂₇₀P₁₈₀差异不显著。（2）和传统平作相比,集雨种植可以通过增加叶面积指数（LAI）、冠层的上部和中部光合有效辐射截获率（Ca R）、减少冠层下部和中部的光合有效辐射透射率（Pe R）,进而提高冬小麦抽穗-成熟期的光合有效辐射截获量（IPAR）0.44%-3.67%。且冬小麦LAI、上层和中层Ca R随着施肥量的增加而增加,中层和下层Pe R随着施肥量的增加而减少,当施肥量N₁₈₀P₁₂₀时IPAR达到最高。集雨种植较传统平作可以有效改善冬小麦的群体光能利用率（E）,且施肥以N₁₈₀P₁₂₀获得E最大,较N₀P₀增加11.19%。（3）2017-2019生长季,集雨种植较传统平作的增加产量5.04%,增加穗粒数8.15%。随着施肥量的增加,集雨种植下施肥较不施肥N₀P₀的籽粒产量、穗数、穗粒数、粒重平均增幅为21.41%、5.03%、11.98%、3.53%,施肥N₁₈₀P₁₂₀产量达到最大,为5534.45kg·hm^-2,较传统平作下施肥N₁₈₀P₁₂₀的产量显著（P<0.05）增加3.86%。集雨种植较传统平作提高肥料利用效率,各施肥量的化肥偏生产力与肥料农学效率的大小顺序为N90P60>N180P120>N270P180。（4）集雨种植较传统平作平均增加净收益450元·hm^-2,随着施肥量的增加,净收益呈先增再降趋势,施肥N₁₈₀P₁₂₀的净收益最大,为5150元·hm^-2。综上所述,在集雨种植方式下施肥N₁₈₀P₁₂₀(N 180 kg hm^-2:P₂O₅120 kg hm^-2)可以显著提高冬小麦旗叶的光合能力,优化冬小麦的冠层结构,提高籽粒产量、肥料利用与经济效益,是一种适用于半干旱区冬小麦生产的高效施肥策略。