水分是干旱、半干旱区多种地表过程的关键组成和重要纽带。其中,植被与土壤水分的相互作用关系是这一区域的关键研究内容之一,明确土壤水分与植被叶片形态的耦合关系是半干旱区植被恢复与土壤水分可持续利用的重要研究内容。本研究旨在通过对半干旱黄土丘陵区8种典型植被土壤水分的动态变化,以及植被叶片面积与土壤水分的耦合关系的研究,以期探寻半干旱黄土丘陵区土壤水分的动态变化规律以及植被对土壤水分的适应策略,从而为该区域植被生态系统可持续性的维持、土壤水分的可持续利用以及生态恢复提供理论依据和科学指导。本文以位于典型半干旱黄土丘陵区的甘肃定西龙滩流域为研究区,考虑不同的坡度、坡向、坡位、植被类型、管理措施等因素进行实验样点的布设,开展土壤水分和植被叶面积动态监测。土壤水分采用TDR(Trime-FM)和烘干法两种方法分别对0-1.8m和0-5m深度的土壤水分含量进行测定。用便携式叶面积仪并配合扫描仪进行叶面积测定,使用LAI-2200C冠层分析仪对植被叶面积指数采进行测量。研究结果表明:(1)浅层土壤水分动态监测和深层土壤水分季节性采样分析均表明,不同植被类型土壤水分在浅层均波动性较大。在季节变化上,不同植被类型生长季土壤水分含量均表现出先减少后增加的趋势,具体表现为5月到8月减少,8月到10月增加的现象。从土壤水分对降水和气象因素的响应来看,浅层土壤水分含量受季节影响的波动性相对较大,而深层土壤水分含量则相对较为稳定。降雨会对浅层土壤水分含量的变化产生较大影响,而深层的土壤水分含量的变化则受降雨影响较小,则更趋向于受地上植被的影响。监测研究表明,降雨仅能对研究区的浅层土壤水分起到一定的补充,但人工植被对深层土壤水分存在消耗过度,并且土壤水分难以得到降水的有效补充。(2)不同植被类型土壤水分差异显著,农田、天然荒草和撂荒农地的土壤水分含量要明显的高于人工植被(苜蓿、柠条、山毛桃、油松、侧柏)。尤其是深层土壤水分,苜蓿、柠条、山毛桃、油松、侧柏的深层土壤水分要远低于农田、天然荒草和撂荒农地。在垂直剖面变化上,0-1m土壤水分含量随深度增加不断降低,由于受到降水、植被蒸腾和土壤物理蒸发的共同作用,土壤水分在1 m左右深度出现一个相对明显的转折点,1m深度以下土壤水分含量会随着深度的增加季节性变化趋于稳定,同时水分含量有比较明显的上升。苜蓿、柠条、山毛桃、油松、侧柏5种人工植被土壤水分含量呈减少后稳定趋势,表明植被类型的不同对土壤水分的消耗存在显著差异,同时也会影响降雨对土壤水分含量的补充效果。(3)叶片面积监测表明,针叶树种油松和侧柏在其生长季内叶面积指数整体变化不大,保持相对稳定状态,并且油松和侧柏样地土壤水分处于严重亏缺状态,降雨对土壤水分补充的效果并不明显。山杏、山桃、柠条、杨树、赖草和针茅具有明显季节动态的植被,受降雨影响较大,在生长季内其叶面积指数都呈现先增后减的趋势,其中在雨季增长速度最为明显,而苜蓿则受到当地耕作管理措施等影响,在生长季内的叶面积指数呈逐渐增加的趋势。此外,在叶片面积动态变化方面,半干旱黄土丘陵区植被叶面积在整个生长季内总体上呈现出增加趋势,与叶面积指数的变化趋势相同,叶片面积在雨季增长速度最快。研究表明叶片面积对水分变化的调节方式则主要分为四类,赖草、针茅通过增加叶长使得叶面积增加,柠条、山杏是通过增加叶宽来调节叶面积,山毛桃则是通过前期叶长增加后期叶宽增加的方式使得叶面积增加,杨树叶面积的改变方式则与山毛桃相反。研究认为叶片面积对水分的响应特征受植被类型和外部环境等因素影响而不同。(4)通过植被叶片特征与土壤水分的耦合分析研究发现,土壤水分对植被生长的影响存在着一定的时滞效应,植被叶片面积与当年土壤水分的相关关系并不明显,而前一年的土壤水分状况对来年的植被生长情况影响显著。尤其是4月-6月上旬失水期的土壤水分状况对来年乔木植被的生长状况影响最为显著,而草本植被则受6月下旬-9月上旬补水期的土壤水分状况影响比较显著。植被叶片特征与不同深度土壤水分的耦合分析发现,植被生长所消耗的土壤水分主要集中在0.4-1m的土层深度,而0-0.4m浅层的土壤水分更多受到蒸发与植被蒸腾作用等因素的影响,很难被植被生长所利用。