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小流域林水平衡与系统功能优化是黄土高原植被恢复与重建研究的关键问题。本文以晋西黄土区蔡家川流域典型林地为研究对象,以山西吉县森林生态系统国家野外科学观测研究站为依托,在进行大量野外实地调查、测定的基础上,对该地区典型林地的森林水文过程及其生态功能进行研究,主要结果如下：通过对2011～2013年39场降雨再分配观测,结果表明刺槐(Robinia pseudoacacia Linn.)林和油松(Pinus tabulaeformis Carr.)林的林冠截留率分别为9.1%-33.3%、12.8%～36.4%,干流率分别为2.7%～6.1%、1.5%-3.0%,林内降雨率分别为60.6%～88.3%、60.6%～85.6%,枯落物截留率分别为15.0%～36.4%、13.9%-30.3%；荒草地枯落物截留率为9.3%-27.3%；有林地的降雨截留作用以及水源涵养作用显著高于荒草地。对39场降雨进行产流分析,结果表明刺槐林地、油松林地和荒草地的产流量分别为0.027～1.059 mm、0.032～1471 mm、0.057～2.734 mm,径流系数分别为0.818%～4.179%、0.97%～5.805%、1.73%～10.79%；土壤侵蚀量大小依次为荒草地(3.64 g-L-1·m-2)>油松林地(1.44g·L-1·m-2)>刺槐林地(1.37 g·L～t·m-2)。在地被物中,腐殖质与枯落物防治土壤侵蚀的效果最好,地下表层10cm内毛根(d<1mm)数量越多,土壤侵蚀量越小通过分析不同地类土壤物理性质及土壤水分垂直运动特征,结果表明：刺槐林地、油松林地、荒草地的土壤容重变化范围分别为1.15～1.23 g·cm-3、1.16～1.23 g·cm-3、1.29～1.42 g·cm-3,总孔隙度变化范围分别为53.43%～56.60%、53.47%～56.23%、46.38%～51.32%,表层土壤容重小、总孔隙度大,利于水分运动,随着深度增加,土壤黏度增加,干燥土壤对水分的吸力增大,水分向下运动的速度变缓。利用树干液流及土壤水分长期监测数据研究表明,在密度均为1300株-hm-2条件下,刺槐林、油松林年均耗水量分别为314 mm、256 mm,分别占当年降雨量的68.25%、55.25%,林分耗水严重,土壤水分亏缺度分别为67.09%、63.08%,而土壤水分补偿度分别为4.79%、19.48%,土壤水分补偿度远小于亏缺度,人工林密度过大是造成林地土壤干化的重要原因,亟需调整林分密密以保障林水平衡。在土壤水分平衡方程的基础上计算得出20a刺槐林、油松林在576 mm多年平均降雨量条件下的植被承载力分别为1163、967株.hm-2,能够抵抗二十年一遇干旱的土壤水分植被承载力分别为220、236株.hm-2,能够抵抗十年一遇干旱的土壤水分植被承载力分别为317、357株.hm-2。适宜的林分密度是避免土壤深层水分过度消耗,增加生物多样性,提高人工林水源涵养能力的基础。