1植被带划分理论与实证
由于人类改造利用的历史十分悠久，黄土高原大部分天然植被在历史上已遭到严重破坏，导致了强烈的土壤侵蚀，植被的恢复成为这一地区土壤侵蚀治理中的重中之重。为了给这一地区的植被建设提供科学依据，前人已进行了大量研究，取得很多成果，包括本区天然植被的地带性和非地带性分布、历史上植被的变迁过程、不同地区植被恢复的水分承载条件与生态条件。黄土高原显域生境下的地带性植被从东南部向西北部呈带状变化，四个植被带基本上在全新世早中期已经形成，特别是在距今3000至2200年的西周至战国时期已与现代植被带基本相似，其间伴随着气候的变化，植被带界线虽有南北移动，但植被带格局没有发生大的变化。
实践证明，修复生态环境必须遵循自然规律，否则，不仅收不到预期效果，不能持久延续，而且可能事与愿违，适得其反。比如，如果不能科学合理地利用水资源，不了解地下墒情，在短时期内可能表现出较好的生态建设和治理效果，但随着时间的推移可能会由于水的极度耗损而造成无法弥补的损失。研究表明，黄土土壤水活跃层深度一般在2m左右，2m以下土层的土壤水一旦耗用，就很难补充，既使补充也需要很长时间。这就意味着2m以下的土壤水分是不可动用的净储量。高生长量的人工牧草和木本植物，根系发达，耗水量大，浅层土壤水分不能满足植物生长的需要时，通过根系耗用深层土壤水，一旦根系分布深度内的土壤水被大量耗用，就会形成土壤干层，植物势必衰亡。专家认为，不顾立地水分条件，一味追求高生长量的人工林草建设，会导致掠夺性地利用土壤水资源，不可能营造出经得起时间考验的秀美山川，只能给子孙后代留下干涸的土壤水库。
研究证明，黄土高原由于缺乏足够的降水资源与光热资源匹配，降低了绿色植物对光温的转化利用率，从而限制了光热资源潜力的发挥。综合已有的研究结果，根据年降水量分区，大致可以判断黄土高原生态修复潜力。黄土高原东南部半湿润森林地带，降水量大于550mm，封育10～15年，即可达到恢复植被、实现林灌草3个层片结构目标，如辅以人工造林，10年即可成林，并能自然更新。此带西北为半湿润森林草原地带，降水量下限为500mm，封育10～15年，阴坡的林被也能恢复林灌草3个层片结构，阳坡通常可以恢复到灌草2个层片结构。此带西北属黄土高原的中北部半干旱草原地带，降水量300mm～500mm，属无天然林地带，封育5年即可恢复草本植被，盖度可达60%～70%，人工造林需补充灌溉，且林被结构不稳定，是人工造林小老头树集中分布区。小老头树改善生态环境功能差，并且由于耗水量较草本植被高而使土壤出现干层，加重生境条件恶化，因而不宜在草原地带种植乔木林。黄土高原最西北为干旱荒漠草原地带，年降水量小于300mm，只能生长旱生草本和小半灌木，属植被结构1个层片地带，封育3年盖度可达30%，接近天然植被覆盖值，是不宜种植乔木林地带。
年降水量<；200mm的干旱区，分布于青海共和、甘肃景泰、宁夏上宁、内蒙古乌海以及宁蒙河套灌区，面积约4．1万km2。该区不适宜于实施生态修复工程。西部和西北部的宁夏、内蒙古黄河沿岸地带鄂尔多斯高原西部，甘肃靖远—景泰—永登一线，年降水量为150mm～250mm，是区内降水最少的地区，只能生长旱生草本和小半灌木，封育3年盖度可达30%。
对于一定的地区来说，所规划的目标植被类型，不能超越该地区在天然条件下的优势植被类型。尽管植被带、林分种类和地形地貌不同，但人工林地与人工草地或天然草地相比，其最显著的特点之一则是人工林地土壤水分含量远低于草地。特别是阳坡160cm以下土层，人工林地土壤含水量尚不到荒坡的1/2，仅略高于土壤调萎湿度[A、B、C]。而且，即使在降水条件比较好的半湿润地区，雨季过后这种状况也未得到改善［A、D］。在干旱季节，阳坡人工林地土壤水分从上到下处于调萎湿度边缘。由此进一步说明，自然状况下单纯依靠天然降水，人工林地土壤水分亏缺状况将难以恢复。
ABCD落叶阔叶林带林草地土壤水分状况（雨季后）落叶阔叶林带林草地土壤水分状况（雨季前）森林草原区林草地土壤水分状况典型草原区林草地土壤水分状况
2土壤水分特征理论与实证
植被覆盖变化和降水变化关系非常密切，降水逐年减少地区的植被NDVI也在降低，并且降水减少的趋势越明显，植被NDVI降低的趋势也越显著。随着降水由减少趋势转为增加趋势，植被覆盖也随之转为增加，并且迅速达到并稳定于一个显著的水平（Rv>；0．6），这表明黄土高原地区的植被覆盖对降水有着敏感的响应。由此可见，降水可能是黄土高原地区植被覆盖时空演变的一个关键因素。
2．1不同人工植被条件下的土壤水分特征
黄土高原地区的人工植被除农地以外，主要包括人工林地（主要有刺槐、山杨、油松等乔木林和柠条、沙棘等灌木林以及其它经济林）和人工草地（主要有沙打旺、紫花苜蓿等）。黄土高原地区由于降水少，蒸发系数高，地下水埋藏又深，致使土壤经常处于水分亏缺状态，即使在半湿润地区，裸地农田2m土层除雨季土壤水分可得到完全恢复、亏缺现象短期消失外，在全年绝大部分时间内土壤水分都有一定亏缺，1．0%0．6%0．2-0．2-0．6-1．0植被变化性（Rv）-林草地与农田相比，土壤水分亏缺程度更为严重。据淳化试验区研究表明，20%龄人工油松林在整个生长季节（5～10月），蒸腾耗水占同期降水的72%以上，土壤有效水经过生长季节损失41．9%，亏损部分由非生长季节和丰水年降水补充。试区内年降水量600mm，属于半湿润气候区，人工油松林地土壤水分收支基本保持平衡，而且欠水年支出大于收入。
在甘肃子午岭试验区，40～50龄辽东栎—白桦混交林和20～30龄山杨林的耗水量大于降水量，3m～4m以下出现干燥层，干层的土壤湿度接近萎蔫湿度。
在安塞试区，16龄刺槐林和柠条林地的土壤水分动态观测表明，随着林龄的增加，树木根系分布范围扩大，生物量增加，蒸腾耗水强度和耗水量增大，土壤水分的亏缺程度渐趋严重，土壤水分的恢复程度逐年降低，但柠条灌木林的恢复程度略好于刺槐林。对陕西吴旗飞播沙棘灌木林与封禁荒山的土壤水分观测结果也表现出与以上实验区相同的趋势，荒山植被土壤水分的恢复程度也好于沙棘林，从垂直分布看，沙棘林3m～5m深土层储水严重亏缺，但1m～2m土层水分可得到补偿，且持水量较荒山高，故林下草被生长较对照荒山植被为好。
人工草地的水分状况略好于人工林地。吴旗飞播沙打旺草地的水分研究表明，随生长年限的延长，土壤湿度明显下降。沙打旺旺盛生长的3～7年间，根系不断下伸，使5m～8m深层储水降至4%～5%，加剧了深层水分的利用，但8～9年后随着沙打旺的衰败，土壤水分逐渐得到恢复，衰败3～4年，2m～3m土层水分可得到恢复。
渭北旱原4～5年生紫花苜蓿草地的耗水量为降水量的1．4～1．7倍，3m土层水分的支出大于收入，但2年生新疆大叶苜蓿与红豆草的人工混播草地2m土层水量收支仍可达到平衡，这表明苜蓿草地随生长年限的延长也增强了深层土壤的干燥化作用。
2．2“土壤干层”的形成会使人工建设植被事倍功半，甚至前功尽弃已有的研究成果表明，在黄土高原地区，农田、草地和人工林地均存在不同程度的水分亏缺，即使经过雨季，某些土层土壤水分也不能恢复到正常水平，形成所谓的“土壤干层”，限制了农作物的生产，并导致了许多人工植被因水分亏缺而衰败，甚至成片死亡，严重制约了黄土高原的生态环境建设。对于气候的暖干化，并非近期所能改变，而对于人为因素所造成的土壤干层及植被退化，只要能合理地进行改进，则可以改善此地的植被发育状况。黄土高原土壤干层主要包括两种类型，即蒸散型干层和蒸发型干层，前者由植物根系吸水、土壤水分大量丢失所形成，主要分布于半湿润半干旱地区；而后者则是由于在大气干旱与水势梯度双重作用下，通过土壤水分的强烈丢失所形成，主要分布于干旱半干旱地区。但是由于黄土高原地区自然降水是土壤水分的最主要来源，气候的变迁必然导致土壤水分收支平衡的变化，显然气候干旱会促进土壤干旱，但是这种促进作用在不同的气候区表现有所差异：在半湿润半干旱地区由于植被状况相对较好，当气候向干旱发生演化时，由于生理耗水的需求，植物必然增加对土壤水分的消耗，而土壤水分又不能得到降水的及时补充，故土壤干层的形成被进一步激发和强化，这种强化作用还与植被类型与林龄密切相关，一般地，乔木林>；灌木林>；草地，林龄越大强化作用也越大。而干旱半干旱地区由于植被稀疏，蒸散耗水的比例较小，“土壤干层”的形成与气候演化基本同步。
2．2．1“土壤干层”的含水量很难快速恢复由于黄土高原降水量少，林草地衰败后，“土壤干层”的含水量也很难快速恢复。据吴旗试验区结果，沙打旺草地衰败4年后，土壤水分恢复深度为3．5m，土壤含水量只提高了2个百分点，与天然草地相比，有效水分仅是天然草地的1/7。因此，按这一速度，“土壤干层”的含水量达到天然草地含水量的水平，至少需要20年以上的时间。同时3．5m以下的“土壤干层”尚未考虑在内。因此，“土壤干层”完全恢复需要的时间是相当长的，在这个时期很难保证造林种草的成功。
2．2．2树木生长衰退，难以成材由于“土壤干层”形成，削弱了土壤供水能力，影响了树木生长。有“土壤干层”的小叶杨林，树高年生长量很低，只有5cm～20cm，仅相当于正常树木的1/10～1/4。20年生刺槐林树高年生长量也只有10cm左右。在黄土高原的低产林地中，除个别类型外，几乎都有“土壤干层”形成，相当多的有“土壤干层”的林地树木长成“小老树”，树高只有3m～5m，叶片小而少，分枝少，树皮发黑而无光泽，心腐病严重，最终难以成材。