地处半干旱的黄土丘陵区，水分短缺是限制该区植被恢复的关键因子，强烈的水土流失更是加剧了植物需水与土壤水分亏缺之间的矛盾。本文针对陕北黄土丘陵区生态经济林建设过程中水土资源高效利用的问题，以国家科技支撑计划“西北生态脆弱区经济作物高效用水关键技术研究与示范”创立的一项新型雨水集蓄利用措施—竹节式聚水沟为研究对象，通过野外连续土壤水分监测、土壤性质测定和模拟降雨试验，并结合室内浸水试验对聚水沟的聚水改土效应、水分变化规律、不同填充物聚水沟水分状况和填充物吸持水特性进行了研究。得到的主要结论如下：(1)竹节式聚水沟与水平阶相比，储水能力更强，在2011年7-9月土壤储水量平均较水平阶提高了23.14%。各时期聚水沟不同位置上0-200cm的土壤水分含量均表现为沟中间>上侧>下侧。0-40cm土层聚水沟土壤水分随时间呈不断下降趋势；>40-100cm土层土壤水分基本稳定，变化幅度较小；>100-200cm土层土壤水分呈不断增长趋势。沟内填充的基质材料可以显著降低沟底部10cm土层土壤容重，增加土壤总孔隙度。(2)2012年不同填充物聚水沟10月份土壤储水量较5月份有所增加，分别比水平阶地储水量高21.79mm、18.28mm和11.27mm。各处理在10月份土壤水分恢复深度达到最大，其中秸秆沟和树枝沟恢复深度最大，石子沟次之，而水平阶地恢复深度最小。(3)2012年5-10月份各聚水沟和水平阶30-200cm土壤储水都处于亏缺状况，其中8月份亏缺最严重。9月份以后各处理整体上土壤水分开始有所恢复，其中30-100cm土层恢复效果最为明显，在100-200cm土层内各聚水沟土壤储水亏缺度减小，水平阶地土壤储水亏缺度进一步增大。在30-200cm土壤剖面上，土壤储水亏缺补偿度大小顺序为：秸秆沟>树枝沟>石子沟>水平阶地。(4)填充材料持水特性的研究结果表明，秸秆、基质和木屑在水中浸泡10h时，其持水量、持水率基本都达到了最大值；吸水速率在0.5h内最快，在0.5-10h逐渐减缓，10h后基本不再变化。通过对持水过程进行分析，发现这3种填充物持水率与浸水时间存在对数函数关系：W=alnt+b，而吸水速率与浸水时间存在幂函数关系：V=ktn，均达到了显著相关水平(P<0.001)。秸秆、基质和木屑的最大持水量、最大拦蓄量、有效拦蓄量和有效拦蓄深变化趋势一致，表现为木屑>基质>秸秆；最大持水率、最大拦蓄率和有效拦蓄率变化趋势一致，表现为秸秆>木屑>基质。(5)不同规格聚水沟模拟降雨后入渗深度不同，其中1×0.3×0.3和1×0.2×0.3规格的聚水沟沟内土壤水分入渗深度最大，雨后30min入渗可达70cm，72h后达到130cm，而1×0.2×0.2规格聚水沟分别为60cm和110cm；同时，土壤水分含量越高、越靠近下侧坡面的位置水分变化越剧烈；聚水沟蓄满水后，在沟上部100cm深度范围内会形成一个高水分分布区，含水量可以达到60%田间持水量。(6)在雨强为0.92mm/min和0.6mm/min的模拟降雨条件下测得不同规格聚水沟蓄水量不同，相同规格聚水沟蓄水量相差不大。填充秸秆、树枝和石子的聚水沟蓄水总量顺序为：秸秆沟>石子沟>树枝沟。