黄土高原丘陵沟壑区自然环境脆弱、水资源缺乏、水土流失严重。坡面水分运动规律研究是土壤学、水文学、生态学等学科的研究热点。本研究基于径流小区定位监测和数值模拟技术,运用相关分析、方差分析、小波分析、冗余分析等方法研究了裸地、草地和林地土壤水分运移规律,揭示了不同土地利用类型下土壤水分的时空分布特性以及土壤水分对环境因子的响应关系,阐明了土壤水分日动态变化及坡面水量平衡,为坡面土地水分管理和土地高效利用提供了重要依据。本文的主要结论如下:(1)研究了不同土地利用类型下不同土层(100cm之内)的土壤水分时空特征。上层0～50cm的土壤水分均不同程度地受到气候转变的影响,其中0～10cm为水-汽交换活跃层。草地和林地的土壤含水量的平均值较接近,而林地的土壤水分随季节的转变趋势较草地更加稳定,越接近坡面中部,土壤含水量越大。(2)阐明了不同土地利用类型土壤水分季节性周期变化规律。裸地、草地以及林地的日尺度土壤含水量均呈现出以200天的时间尺度为第一主周期的周期性变化规律,其原因主要由于季节性气候变化导致土壤水分出现周期性;土层深度越厚,土壤含水量越小,且变化趋势变得平缓;在0～100cm范围内,林地各土层含水量均高于草地,且空间变化更加稳定;在空间分布上,土壤含水量表现出较强的空间异质性。(3)确定了影响坡面土壤水分分布的主要气象和土壤因素。通过气象因子与土壤含水量的RDA排序分析得出,对裸地土壤含水量影响最大的气象因子包括空气温度、地表温度、相对湿度;对草地影响最大的气象因子为水汽压,而对林地影响最大的气象因子为相对湿度、水汽压,其原因主要由于不同的植被覆盖度所导致的;土壤理化性质特征统计结果表明,裸地的容重对土壤的改良作用最小,林地最大,裸地土壤含水量随容重增加而增大,草地土壤含水量随容重增大而减小,而林地无明显变化趋势;土壤孔隙度与容重结果相反;剖面土壤有机质含量介于2.88%～9.12%之间,剖面土壤有机质含量大小排序依次为林地>草地>裸地,裸地土壤含水量与有机质含量呈现负相关关系,草地和林地有机质含量和土壤含水量呈现正相关关系;三种地类均以粉粒为主,裸地土壤含水量均与粘粒、砂粒含量呈现负相关关系而与粉粒含量呈现正相关关系,草地与林地没有明显变化趋势。(4)揭示了不同土地利用类型的土壤水分运移过程。对HYDRUS-2D模型模拟机理及土壤水运动原理进行了解析,并且依据实际监测的数据对HYDRUS-2D模型的参数进行反演优化。结果表明:在本次试验条件下HYDRUS-2D模型对土壤水分运移规律的模拟精确度较高,对土壤浅层0～50cm 土壤含水量模拟效果最好。量化了裸地、草地、林地的耗水特征和水分平衡,在无人为干扰下降雨补给土壤水,林地蓄水量最大,草地次,裸地最小。不同土地利用类型土壤含水量差异较大,植被覆盖度是导致含水量差异的主要原因。