气候变化和人类活动正深刻影响着陆地生态系统中的传统水文过程,导致局部地区更频繁和严重的干旱。水循环过程中输入（如降水、灌溉）和输出（如蒸发、根系吸收和深层排水）的负平衡,会导致土壤干燥化,最终导致土壤剖面中土壤干层的形成。本研究针对因气候变化、植被过度消耗深层土壤水导致土壤水循环失衡形成土壤干层的问题,围绕黄河流域土壤干层形成机制、空间分异与主控因子这一科学问题,应用“传统土钻→自制深剖面取样系统→土壤冲击式原状土采样钻机”等取样技术,将土壤干层的研究尺度由点拓展到整个黄河流域。利用经典统计学、地统计学、地理加权回归等理论和方法,结合放射性同位素定年技术和生物地球化学示踪技术,研究了不同土地利用类型土壤干层的量化特征及其相互关系、不同土地利用类型土壤干层的年龄及其形成机制、黄河流域不同土地利用类型土壤干层的空间分异及主控因子等,评价了退耕还林还草等生态工程实施前后不同土地利用类型土壤干层的严重程度,阐明了流域尺度下土壤干层的空间分异及其主控因子,为不同土地利用类型土壤干层科学调控与植被布局提供了直接证据。所取得的主要结论如下:（1）洛川塬不同土地利用类型剖面均存在土壤干层,尤其在林地和园地等深根系植物生态系统更为普遍。洛川塬土壤干层的平均厚度为233.75 cm,干层起始形成的平均深度为690 cm,干层内的平均含水量为12.37%,干层定量化评价指标（QI）的平均值为0.17,为I级轻度干层。不同土地利用类型土壤干层严重等级排序表现为:废弃园地＞林地＞草地＞园地＞农地。粉粒百分比含量较高的样地对应土壤干层起始形成深度较浅,土壤干燥化程度就会越严重,而质地较粗的剖面结果则相反。植物根系指标及其变异系数在0～200 cm土层中随深度的增加而减少,在200～2100 cm土层中稳定,大部分植物根系分布在浅层土壤剖面。不同土地利用方式的土壤中最大根系深度表现为:园地＞林地＞草地＞农地。不同土地利用方式、植被类型、人工辅助经营措施等造成剖面中土壤化学性质浓度积累,可能通过影响植物生长发育改变土壤水循环过程,进而对土壤干层的形成造成影响。铵态氮浓度越高的剖面,土壤干层较厚,干层起始形成深度较浅,土壤干燥化程度较严重;硝态氮浓度越高的剖面,土壤干层内平均含水量相对较少;土壤内p H值越高,土壤干层越厚,土壤干燥化程度越重。（2）洛川塬0～200 cm浅层土壤水分存在较大的变异,200～2100 cm土壤含水量随深度的增加,土壤水分的垂向分布规律越来越趋于一致。不同土地利用类型0～2100 cm平均土壤含水量、平均变异系数和土壤储水量均表现为农地＞园地＞草地＞林地,退耕还林还草显著改变了深剖面土壤水分条件。洛川塬的垂向土壤水分运移方式以活塞流为主,氚峰值平均深度为1030 cm,平均氚峰值为33.49 TU,平均深层土壤水补给量为29.29 mm·yr-1,变化范围较大。大部分剖面的氚峰值所处深度与土壤干层深度范围不重叠,不同土地利用类型剖面平均深层土壤水补给量表现为:农地＞草地＞园地＞林地＞废弃园地,与不同土地利用类型土壤干层严重程度结果大体相反。（3）基于氚峰法获得的土壤干层形成年龄,在7个存在土壤干层的剖面中,不同样地和剖面间土壤干层形成时间均不同。土壤机械组成不是土壤干层内深层土壤水补给量的主控因子,林地的土壤干层内机械组成通过显著影响深层土壤水补给速率（量）进而影响土壤干层的形成。根系结构并不是影响深层土壤水补给的关键影响因子,进而对土壤干层的形成影响不大。废弃园地内,深层土壤水补给过程对根重密度比较敏感。所有类型土壤干层内全磷含量、铵态氮含量和p H等土壤化学性质可能通过间接影响生物地球化学过程消耗土壤水或形成难溶性物质阻碍深层土壤水补给,进而影响土壤干层。废弃园地土壤干层内酸碱性和林地土壤干层内硝态氮含量可能对土壤干层的形成有重要贡献。（4）在整个黄河流域,不同土地利用类型的土壤剖面中均发现有干层,且具有明显的空间变异性。土壤干层平均厚度为207 cm,干层起始形成的平均深度为133 cm,干层内平均土壤含水量为14.29%,QI的平均值为0.50。土壤干层4个量化指标均为中等程度变异,土地利用类型对土壤干层具有显著影响,林地等深根系植物土地利用类型相较于农地和草地等浅根系植物土地利用类型更容易形成土壤干层。黄河流域干层厚度和干层内土壤含水量的半方差模型均可以用指数模型进行最优拟合,而干层起始形成深度可以用高斯模型进行最优拟合。干层起始形成深度和干层厚度的变程比干层内土壤含水量小,体现了较弱的空间自相关性。黄河流域上游和中游的土壤干层比下游地区严重。大部分采样点的土壤干层起始形成深度浅,土壤干层较厚,不利于深层土壤水补给,导致黄河流域大部分地区形成干层。黄河流域土壤干层内平均含水量的空间分布呈纬度梯度分布格局。（5）影响黄河流域土壤干层厚度空间分异的主要因素为生物生长季日数和暴雨日数;影响干层起始形成深度空间分异的主要因素为持续湿期、土纲和土类;影响干层内平均含水量空间分异的主要因素为暴雨日数和田间持水量;影响QI空间分异的主要因素为日际平均温度波动和土类;表明大气因子和土壤因子对黄河流域土壤干层空间分异的影响较大。进一步分析发现,1981～2018年黄河流域极端气候指数的频率和强度总体呈增加趋势,空间分布表现出纬度梯度分布格局,与干层指标的分布基本一致。干层厚度和QI的多尺度地理加权回归结果优于多元线性回归和经典地理加权回归,但经典地理加权回归对干层内平均含水量拟合的效果最佳。暴雨日数、田间持水量和土类分别是土壤干层厚度、土壤干层内平均含水量和QI空间分异的最重要影响因素。综上,本论文在查明不同空间尺度、不同土地利用类型土壤干层的空间分布结构和关键影响因子关系的基础上,揭示了不同土地利用类型土壤干层特征、土壤水文效应及空间差异,为提出不同尺度、不同土地利用类型土壤干层调控的层级策略提供了直接科学依据,对黄河流域（黄土高原）及类似区域土壤干层调控、植被优化管理、“土壤水库”功能维持、生态工程布局以及综合治理模式制定具有重要理论和实践意义。