黄土高原地处干旱半干旱地区，该地区生态系统脆弱，水土流失严重，土壤有机碳库含量极低。植被恢复是治理水土流失，提高土壤有机碳储量的重要措施。作为影响土壤有机碳的生物因素，植被一方面影响土壤有机物输入量的高低；另一方面因其生化性状的差异影响有机物的分解与转化。土壤水分作为陆地生物圈赖以生存的物质基础，直接影响地表植被的生长发育，间接地影响土壤有机质的形成、分解、迁移。因此，在干旱-半干旱地区，植被和水分状况与土壤有机碳的积累极有可能存在一定的耦合关系。本论文选择黄土高原丘陵沟壑区典型治理小流域，以植被恢复（农田-草地-林地）过程中的SOC、土壤水分和根系分布变化为主要研究对象，结合野外采样和室内分析，运用方差分析、回归分析等经典统计学方法，研究了（1）小流域不同地形部位（沟底、沟坡和峁坡）和不同土地利用方式（林地、草地和农地）对SOC和土壤水分的空间分布的影响；（2）小流域内相似地貌部位条件下植被恢复过程中SOC、土壤水分含量、根系分布特征及其相互关系。获得以下主要结果：1.在坡地农田退耕为林草地后，0-20cm土层SOC含量虽有提高，但因地形存在差异。沟坡上，0-20cm土层农地SOC含量为3.11g kg^-1，林地和草地为6.22g kg^-1和5.09gkg^-1，较农地分别提高了100%和64%。峁坡上，0-20cm土层农地SOC含量为3.87g kg^-1，林地和草地为4.17g kg^-1、3.95g kg^-1，较农地分别只提高了8%和2%。农田恢复植被林草后，表层土壤林地的碳汇效应高于草地。20-100cm土层沟坡SOC草地均高于农地，而峁坡农地均高于林草地。林地0-20cm土层SOC含量沟坡(6.22g kg^-1)比峁坡(4.17g kg^-1)提高了49%，草地0-20cm土层SOC含量沟坡(5.09g kg^-1)比峁坡(3.95g kg^-1)提高了29%；沟坡植被恢复的效果好于峁坡。20-100cm沟坡草地(1.97g kg^-1)较峁坡草地(1.77g kg^-1)提高了11%。2.植被恢复对土壤水分也有显著的影响。沟坡表层（0-20cm）平均土壤水分含量林地（12.29%）<草地（12.56%）<农地（14.12%），深层（20-100cm）草地和农地分别为7.90%和7.88%，相差不大。峁坡表层（0-20cm）和深层（20-100cm）土层平均土壤水分含量均为林地<草地<农地，其中深层（20-100cm）土壤水分含量林地（5.49%）和草地（6.12%）显著低于农地，相比农地（7.32%）分别减少了33%，19%。坝淤土土壤水分剖面呈现有规律的波动型变化，土壤水分呈层状分布；黄绵土浅层（0-100cm）土壤水分含量呈先增大后减小，随土层深度增加变化缓慢，且水分含量低，剖面基本呈微弱波动型变化；而风沙土在0-100cm土层水分变化幅度较大，在100-600cm之间土壤水分随深度加深而缓慢小幅增加，整体土壤水分剖面变化类型属于降低型。3.不同植被条件下细根生物量差异显著（p<0.05）。土壤水分、SOC和细根生物量都随土层深度呈现了显著变化，但SOC和细根生物量随土层深度的增加而减少，土壤水分则随深度而增加或变化不大。植被的细根主要分布在0～40cm土层，40cm以下分布相对较少。同一地貌部位所选10个植被群落其0-40cm土层平均细根密度分别为0.24mgcm^-3、0.54mg cm^-3、0.41mg cm^-3、0.64mg cm^-3、0.69mg cm^-3、1.07mg cm^-3、0.77mg cm^-3、1.64mg cm^-3、2.72mg cm^-3、1.83mg cm^-3，是40-100cm土层平均含量的2.66、7.42、6.42、3.37、3.23、7.07、2.92、3.55、3.82、3.01倍。4.同一地貌部位，不同植被群落土壤储水量随细根生物量的增加而减少，SOC储量随细根生物量增加而增加。回归分析表明，细根生物量对整个1m剖面土壤水分都有显著影响，解释了高达94%的水分变异；细根生物量主要与0-40cm土层SOC储量关系密切，仅能解释1m土层72%的SOC变异。土壤储水量与有机碳储量呈现显著指数负相关。植被恢复一方面增加了土壤中的有机物质，另一方面则消耗了大量的水分，SOC与土壤水分呈现了此消彼长的关系。在土壤水分限制植被生长的黄土高原大部分地区，提高水分利用效率是提高有机物质输入量的基础。因此，如何利用小流域有限的天然降水提高土壤水分的利用率成为提高有机物质输入的关键。本研究虽取得了一定的进展，但仍存在许多问题，如土壤水分属于强变异参数，光靠一两次次野外采样获取的数据并不能完全说明问题，有必要设置径流实验小区连续观测土壤水分的时空变化；另外增加室内培养实验更有利于深入探究水分对有机碳分解和转化的影响。