人工植被土壤水环境研究对认识土壤干化原因与土壤干层分布规律有重要科学意义,对认识土壤干化对地下水的影响、防止新的生态退化、成功实施生态环境建设和农林业发展具有重要现实意义。现代黄土高原土壤含水量及其区域变化受已经发生了变化的现代气候控制,植被建设必须能够适应现代土壤含水量状况,所以将土壤中、下部含水量状况作为植树种草以及确定人工林植株密度的依据是科学的、可靠的。因此,本项研究对成功实施太原及其周边地区黄土高原生态建设和确保其环境与经济效益有重要的应用价值。以全球变化为背景,以区域响应作主线,研究太原及其周边地区人工植被土壤水分特征,探讨土壤干层的发生过程、形成机理。本项研究采用实地调查、打钻采取6m深度土层剖面样品、实验分析的方法测定土壤含水量,将野外考证与理论分析、定性分析与定量分析相结合进行综合研究。通过对实验结果的理论分析与模型计算得出以下结论和认识:(1)研究地区季节性土壤干层形成时间主要是在秋、冬、春季。由于太原及其周边地区降水量少,黄土丘陵起伏不平,在四季都可能出现暂时性干层,但在秋、冬、春季暂时性干层发生的几率大。(2)太原及其周边地区的人工植被土壤干化具有普遍性。在长治等晋东南半湿润区人工植被土壤存在弱干层,临猗、芮城等晋南重半干旱区人工植被土壤存在严重干层,太原、忻州、榆次、太谷等晋中、晋北重半干旱黄土丘陵区人工植被土壤存在严重干层,平川地带存在弱干层,寿阳等晋东北轻半干旱地区人工植被大部分存在轻度干层,大同等雁北重半干旱地区人工植被下出现了严重干层,离石等晋西轻半干旱地区人工植被下出现了严重干层。(3)人工乔木林长期性土壤干层的分布深度。在太原及其周边地区绝大多数人工乔木林土壤干层发育深度超过了6m,坡地梯田土壤干层分布深度达到了7m以下。在较干旱区(近年平均降水量395mm)长期性干层分布上界为100cm左右,在一般干旱区(近年平均降水量440-490mm)为150cm左右。(4)太原及其周边地区农田深部存在土壤干层。在太原及其周边地区玉米、小麦等农田中普遍存在轻度或中度干层。在晋中玉米地轻度干层发育到了600cm以下,晋南轻度土壤干层发育深度也达到600cm,晋西玉米地400cm深度接近轻度干化,晋北玉米地轻度干层分布深度超过了600cm。农田季节性干层、深部长期性土壤干层的出现严重影响了农田土壤的水循环,季节性干层的存在是该地区农作物易于发生干旱灾害的主要原因。降水量少是本区农田干层产生的主要原因,但农田生产力提高、作物密度大是不可忽视的因素。(5)运用GIS软件,依据土壤含水量等主要影响因素将太原及其周边地区的土壤水分环境划分为:土壤水分相对丰富区、土壤水分一般区、土壤水分相对缺乏区;依据土壤干层程度将太原及其周边地区人工林的土壤干层划分为:土壤轻微干层区、土壤中等干层区、土壤严重干层区。(6)基于水分消耗的土壤干层指标—水分缺失度模型:水分缺失度R=(田间持水量W-土壤含水量W_h)/田间持水量W(7)太原及其周边地区的植被建设模式。遵循演替规律,自然恢复为主,水分条件好的地方发展人工林。结合植被带的变化,人工植被种类、密度为:在半湿润的长治地区,杨树、核桃及与之耗水接近的落叶阔叶乔木适宜种植密度应略小于1111株/hm~2,静乐沟谷和阴坡杨树的种植密度应为500-600株/hm~2,岚县平川地杏树的种植密度为600-700株/hm~2,梁峁地油松密度为500-600株/hm~2。轻半干旱地区杨树、核桃、油松等植被适宜种植密度应略小于900株/hm~2;重半干旱地区的太原平川地段苹果、梨树种植密度应在700-800株/hm~2,梧桐应为500-600/hm~2,白皮松、柏树应为600-700株/hm~2,枣树应略小于1000株/hm~2,平川地区杨树应略小于1000株/hm~2。在阳曲阴坡、沟谷可以种植密度小于600株/hm~2的杨树。