干旱半干旱区黄土高原地处我国中部,气候干旱、降水稀少、地下水埋藏深,土壤水分成为植被生长的主要限制因素。自从退耕还林还草工程实施以来,土地利用方式发生巨大的变化。对黄土高原地区土壤水分以及土壤碳分布产生很大的影响。黄土高原地区土壤碳储量对于全国乃至全球气候变化和碳循环具有重要意义。不同的土地利用类型下,对于土壤水分分布和储水状况以及土壤有机碳分布及储量有了大量的研究。但对于土壤水分和土壤碳的大多数研究主要位于0-5 m和0-3 m的土壤剖面之中,而对于土壤无机碳以及深层的土壤水分和土壤碳分布和储量的研究较少。本文选取陕北米脂人工经济林、神木退耕还林和榆林榆阳区防风固沙林具有代表性土地利用方式。研究不同土地利用方式下0~20 m剖面土壤水分和碳分布特征以及土壤耗水活跃层的深度进行了研究,分析陕北黄土丘陵区不同土地利用方式对深层土壤剖面水分和土壤碳分布和储存特征的影响及生态环境效应。取得的主要研究结果如下:(1)在0~20 m土层,不同位点具有代表性土地利用方式均影响土壤含水量的垂直分布;在整个剖面中,人工经济林土壤储水量有显著差异,大小分别为:矮化枣树>未矮化枣树,储水量相差587.9 mm;神木退耕还林和榆林榆阳区防风固沙林土壤剖面中土壤储水量无较大差异,在整个剖面中土壤储水量的大小分别为:退化人工草地>柠条林,储水量相差98.8 mm;荒草地>樟子松,储水量相差7.5 mm。可见,人工经济林矮化枣树与未矮化枣树相比减少了土壤水分的消耗,矮化枣树冠幅较小,降低了蒸腾作用,从而更加有利于土壤水分的可持续利用;人工柠条林和退化人工草地土壤水分含量无明显差异;防风固沙林樟子松与荒草地整个剖面中的平均土壤含水量较低,土壤砂粒含量较高,土壤持水性差,土壤含水量随深度的增加而增加,平均土壤含水量分别为3.4%和3.6%,且该地植物对深层土壤水分影响有限。综上,土壤剖面中土壤水分除了受土壤质地的控制,不同土地利用模式由于植物根系不同对土壤水分也产生较大的影响。为此,选择合适的植物对于土壤深层水的保护和持续利用非常重要。(2)在不同土地利用模式下,土壤剖面中pH和EC的分布范围分别是8.14~9.78和46.3~763μS/cm,且各土壤剖面pH和EC无显著性差异。土壤有机碳含量,矮化枣树(2.00 g/kg)>未矮化枣树(1.54 g/kg)>柠条林(0.97 g/kg)>退化人工草地(0.81 g/kg)>樟子松林(0.70 g/kg)>荒草地(0.45 g/kg),且各剖面之间土壤有机碳存在显著性差异(P<0.05);土壤无机碳,矮化枣树(11.66 g/kg)≥未矮化枣树(11.59 g/kg)>柠条林(9.62 g/kg)>退化人工草地(8.07 g/kg)>樟子松林(4.32 g/kg)>荒草地(0.47 g/kg);人工经济林和退耕还林(草)样地所有土壤剖面之间土壤无机碳无显著性差异。人工经济林和退耕还林(草)剖面与防风固沙林地剖面土壤无机碳存在显著性差异(P<0.05);三个采样区域之间土壤碳密度存在显著性差异;矮化枣树、未矮化枣树、柠条林、退化人工草地、樟子松林和荒草地土壤剖面无机碳密度分别是有机碳密度的6.19、7.71、10.80、10.78、5.91和1.03倍。综上可见,不同土地利用模式之间土壤碳储量存在明显差异,无机碳的含量远高于有机碳。(3)在不同的土地利用方式下,土壤剖面氯离子含量存在一定的差异,是因为人为因素的干扰;而对于土壤耗水活跃层中氯离子剖面中的差异,部分归因于植被耗水导致氯离子积累。不同的土地利用条件下土壤耗水活跃层也存在一定的差异,土壤耗水活跃层厚度具有明显的差异,耗水活跃层厚度最大的土地利用方式为柠条林,活跃深度达到13.0 m。