在黄土高原地区，为了减轻土壤侵蚀和提升环境质量，刺槐(Robiniapseudoacacia L.)常被作为植被恢复的先锋树种大范围种植。然而，在种植刺槐后深层土壤含水量普遍产生严重亏缺，发生严重的土壤干燥化，干旱胁迫的频率和强度均显著增强，导致植物生长衰退和干旱死亡风险升高，对刺槐林的可持续性构成严重威胁。干旱胁迫下植物形态、结构的适应性调整可有效调节土壤—植物—大气连续体(SPAC)水分传输过程，维持植物体内在水分平衡以及提高水分传输安全性，从而提高植物的生存能力。因此，研究黄土高原降水梯度带刺槐SPAC系统水分传输过程的适应性对于评估和促进黄土高原人工林的可持续性具有重要意义。
　　本研究通过黄土高原降水梯度带调查，研究了区域尺度刺槐叶片和个体水平性状的变异性；在人工气候室条件下通过不同供水量模拟降水梯度，进一步解析不同降水条件下植物性状的演变过程；利用不同土质的刺槐土柱试验，检验了存在土壤干层情况下植物供应—需求水力学模型(Sperry模型)对刺槐水分传输过程的预测精度，利用模型定量分析了根区土壤水分垂向异质性对刺槐水分传输安全性的影响；采用Sperry模型修改了生物地球化学模型(Biome-BGC)的SPAC水分传输模块，利用野外观测数据检验模型的预测精度，通过模拟植物水力性状的动态变化定量评估了黄土高原降水梯度带刺槐林干旱死亡风险，并分析了土壤干燥化对干旱致死风险的影响。本研究主要取得以下结论：
　　(1)黄土高原降水梯度带环境因子间存在多重相关性，其中湿润指数(年均降水量与年均潜在蒸散量的比值)与其他气象因素和土壤性质中砂粒含量、全氮含量、全磷含量相关性显著，可作为代表性因子反映区域尺度环境因子的变化；降水梯度带各地区人工刺槐林均存在严重的土壤干燥化，不同地区刺槐表现相似的叶片性状和根系分布特征，而整株细根表面积和整株叶面积差异显著，随湿润指数下降线性降低，有助于降低水分消耗，是刺槐适应不同水分环境条件的主要方式。
　　(2)室内试验表明，不同降水条件下刺槐生长均导致土壤水分下降；随干旱持续，叶脉密度和气孔密度表现协同升高，叶片通过提高细胞壁弹性提高抗旱性，并表现更高的水容；处理60天后，不同处理下叶片指标差异不显著，而整株叶面积随补水量减少显著降低，与野外调查结果相同，证实了刺槐适应不同降水条件过程中存在时间层级和组织水平之间的关联性；人工气候室内不同供水量试验可反映自然条件下刺槐生长、植物性状和土壤水分变化过程及其交互作用。
　　(3)在塿土和黄绵土土质下，Sperry模型均可有效地预测下层土壤保持干旱、上层土壤干旱—复水—干旱过程中叶片正午蒸腾速率、黎明前叶水势和正午叶水势的动态变化过程；数值模拟结果表明，不同土质下随根区上层土壤含水量(SMCup)下降发生水力失败的临界蒸腾速率(Ecrit)、实际蒸腾速率(E)和水力安全范围(SME)表现为先稳定在最大值，SMCup低于阈值后快速降低的变化过程，整株水力导度损失率(PLK)的变化与之相反；随根区下层土壤含水量降低，Ecrit、E和SME随SMCup变化曲线呈下降趋势，PLK随SMCup变化曲线呈上升趋势；随饱和水汽压差升高，E发生显著降低的SMCup阈值增大，且SMCup-E曲线对根区下层土壤含水量降低的敏感性升高，SME总体呈下降趋势，尤其在上、下层土壤含水量高时下降幅度更大，但SME对上、下层土壤含水量的敏感性降低；与塿土相比，在黄绵土各指标表现相似的变化特征，但随上层土壤含水量变化的阈值更低，且上层土壤含水量低于阈值时各指标的变化更快。
　　(4)采用Sperry模型修改Biome-BGC模型的SPAC水分传输模块后，提高了模型对林分蒸腾速率和土壤含水量的预测精度，并可有效地模拟叶水势的变化以及叶面积指数随降水量下降而降低的变化特点；降水梯度带各样点植物水力性状动态的长期模拟表明，由于气候因子波动年均整株水力导度损失百分率(APLK)表现高度时间变异性，年际变异系数在78%~112%之间，并且APLK与年潜在蒸散量和干燥度指数(年潜在蒸散量与年降水量比值)表现显著的正相关关系；沿黄土高原降水梯度带，随年均降水量降低最大APLK线性升高，回归分析表明在年均降水量低于446.1mm地区最大APLK会超过60%，刺槐林生长的可持续性面临严重威胁；土壤干燥化会显著升高植物水分传输安全性对降水波动的敏感性，其影响效果在年均降水量较低地区更为显著。