毛乌素沙地是我国十二大沙区之一，地跨陕西、宁夏和内蒙古三个省自治区。该区覆盖了陕北能源化工基地与内蒙古能源基地。随着能源基地的建设发展，其对水资源需求量增加，水资源短缺成为制约当地经济社会发展和能源基地建设的瓶颈。区内干旱缺水，生态环境脆弱，表生生态环境对水分特别是包气带水分和地下水的依赖性很强，因此急需加强地下水资源开发与社会经济和生态环境协调发展的研究，对毛乌素沙地地区的地下水资源评价，表生生态环境保护具有重要意义。本文在总结和分析前人成果的基础上，通过野外调查、原位试验、根系样品采集、试验数据分析和数值模拟等技术方法，系统分析了区内典型植被剖面的非裸露区和裸露区与包气带水分的关系，获得了以下成果和认识：1、根据试验分析，从柠条、沙蒿和沙柳三种典型植被剖面上来看，气象条件和植被根系影响着包气带水分的空间分布，特别是制约着土壤表层0~60cm以上的水分迁移，从而使得不同植被剖面上裸露区和非裸露区的土壤含水率时空分布的异同所在。2、通过对三种植被剖面的裸露区和非裸露区土壤含水率变异性特征分析得出，不同植被剖面的裸露区和非裸露区土壤水分在垂向上基本分为3层：Ⅰ速变层、Ⅱ平稳层和Ⅲ缓变层，但分层的位置是不同的。土壤含水率变异程度关系为：柠条剖面>沙柳剖面>沙蒿剖面。反映了在研究区内柠条对土壤含水率的变化影响比较大，沙柳次之，沙蒿最小。3、通过对三种植被的垂向一维总水势规律分析归纳得出：在埋深为80cm以下，各剖面的总水势趋势是一样的，其I(θ)≈1。基本上均可分为2带，分别是大气-土壤水分积极交换带和水分过渡变化带，但不同植被在不同埋深上的分带有一定的差异。不同植被剖面在不同时间、不同深度上的零通量面分布都是各不一样的，尤其是在土层70cm以上。总水势频繁变化的关系为：沙蒿剖面>柠条剖面>沙柳剖面。表明了在研究区内沙蒿对包气带垂向水分分布影响比较大，柠条次之，沙柳最小。4、通过挖掘法分别对丘间洼地和沙丘两种不同地貌上的沙柳剖面进行根系取样，并对非裸露区沙柳根系的有效根重和根长进行分析，总结出沙柳根系的分布规律：不同地貌下沙柳根系分布有一定差异，丘间洼地沙柳根系为“倒三角”状分布，主要利用土壤埋深为0~60cm的浅层水；沙丘沙柳根系为“葫芦”状分布，除了利用土壤表层积聚的水分外，还主要利用土壤埋深为80~120cm中的水分。沙柳根长密度与根重密度呈现正相关关系，根长、根重密度分布与土壤含水率呈现负相关关系。5、通过HYDRUS-1D软件对不同地貌下的沙柳剖面建立了植被影响下的包气带水分运移模型，在识别期和验证期中对剖面的含水率和总水势进行了拟合，误差均在误差限内，其宏观效果较好，为定量计算沙柳根系吸水率奠定基础。6、本文利用有限差分原理计算了不同地貌下沙柳剖面非裸露区植被根系吸水速率，结果表明：根系总是向水分充足的和在最容易吸收水分的地方生长，当地表水分减少时，根系就往下层生长，下部吸水速率加大；而当地表湿润时，沙柳根系吸水高峰就重回到土壤上部。在垂向上，丘间洼地沙柳剖面非裸露区其根系吸水速率分区为：Ⅰ、根系吸水强烈区(0~40cm)；Ⅱ、根系吸水缓慢区(40~80cm)；Ⅲ、根系吸水微弱区(80~120cm)。沙丘沙柳剖面非裸露区其根系吸水速率分区为：Ⅰ、根系吸水强烈区(0~30；70~120cm)；Ⅱ、根系吸水缓慢区(30~70cm)。7、通过FAO推荐的修正后的彭曼-蒙特斯（Penman-Monteith）公式来计算沙柳蒸发蒸腾量。结果表明：沙柳的蒸发蒸腾量主要集中发生在计算期的第100~150天里，即沙柳的蒸发蒸腾集中于7月中旬至8月中旬。从蒸发蒸腾量上看，丘间洼地上的沙柳蒸发蒸腾作用要大于沙丘上的，表明从丘间洼地到沙丘，沙柳的蒸腾作用是呈现减弱的趋势。