应用森林水文学、土壤物理学和土壤水动力学的基本原理建立了林地土壤水分运动的数学模型，以模拟林地土壤剖面水分变化、林地土壤的入渗、径流和水分再分布过程。土壤水分特征参数的测定采用了双环入渗器配多层张力计的野外实地土壤水分在分布法。

应用自记综合气象观测塔，对刺槐和油松林进行了以蒸散研究为目的的防护林热收支特性研究.结果表明：1994年生长季日平均实际太阳辐射量为7～24MJ·m-2；刺槐林林冠对太阳辐射的反射率为15%，油松林的反射率在10%以下，反射率的差异是造成两林分净辐射收支相差1～3MJ·m-2的主要原因.春夏两季林分获取的净辐射均由约70%～80%的太阳辐射转换而来；秋季的转换率约为60%，油松林的转换比刺槐约大1%～5%；防护林地区每天获取的净辐射量中，消耗于蒸散的潜热通量部分，在春夏秋三季分别为65%，82%和85%，油松林比刺槐林偏高1%左右；用于气温变化的显热通量部分在春季约占32%，夏秋为15%左右，其中刺槐林中显热通量部分在春夏两季所占的百分比相对油松要高出4%～5%；刺槐林地用于土壤热流量部分的热量在5～9月约占净辐射的1%～3%，油松林为2%～5%；1994年生长季刺槐林蒸散量为519mm，油松林为597mm。

利用Penman-Monteith修正式和定位通量法对黄土半干旱区生长季刺槐、侧柏林地蒸散量的研究。研究发现两种测算方法得到林地蒸散量的数值是基本一致，应用Penman-Monteith修正式测算1998年～1999年刺槐林地蒸散量，其相对误差在16.93%以内，侧柏林地蒸散量相对误差在14.61%以内，以上两种方法估算林地蒸散是有效可行的；控制黄土半干旱区林地蒸散的主导因子是降水，在土壤有效水分缺乏的情况下，生长季林地蒸散与林分密度、树种和集水措施无明显对应关系，林地蒸散量基本上维持在同一水平上，1998年～1999年刺槐林地平均蒸散量为384.54mm、345.46mm，侧柏为372.57mm、329.56mm；由于林木蒸腾受土壤有效水分供给的限制，蒸腾蒸散比值受叶面积指数LAI影响不明显，但在同一月份，集水面积越大，集水量越多，蒸腾所占蒸散的比例就越大。

1998年5～10月在山西省方山县北京林业大学径流林业试验场，采用KADEC-U2型自记土壤温度仪，对刺槐林地3种集水处理坡面的土壤进行2、10、20和50cm深度土壤温度的连续全天观测。结果表明：各处理坡面土壤生长季平均容积热容量为：拍光坡面1.444J·cm-3·K-1，拍光+地衣坡面1.394J·cm-3·K-1，自然坡面1.273J·cm-3·K-1；平均导热率依次为0.352，0.344，0.311J·（cm.℃.min）-1；平均土壤热扩散率为0.244～0.247cm2·min-1。拍光压实后喷涂引植地衣、苔藓，可有效缓解地表裸露后产生的负影响，在生长季可降低表层均温0.2～1.5℃，降低最高表层土温2.7～4.0℃，降低表层土温日较差2.5～3.7℃，降低土壤热通量11%～25%，有效降低土壤蒸发4%～15%。实行拍光压实兼喷涂引植地衣、苔藓的集水造林技术，经济实用，对土壤水热环境的负面影响小，适于推广。

2000年在山西方山，采用LI-6200光合测定系统和LI-1600稳态气孔仪，对不同集水措施试验地的刺槐、侧柏和苹果的生理指标进行了实地观测，并辅以相同树种实地盆栽苗木水分胁迫条件下的林木生理指标观测，研究了林木净光合速率、羧化效率、水分利用效率与土壤含水量的定量关系｡结果表明：维持刺槐､侧柏和苹果净光合作用的最佳土壤含水量分别为17.13%､15.9%和16.11%，三树种维持叶片水分利用效率的最佳土壤含水量依次为13.23%、10.66%和12.38%；羧化效率最高时的土壤含水量临界值依次为15.7%、15.5%和15.8%；土壤水合补偿点分别为4.55%、3.91%和4.49%｡上述三树种蒸腾速率所适宜的土壤含水量分别为18.82%、19.70%和16.33%｡根据集水造林的基本构思，可选取维持最佳叶片水分利用效率的土壤含水量临界值作为集水造林林木密度调控的土壤水分阈值和林木需水量的低限计算条件｡这一指标可量化为刺槐10%～13%，苹果10%～12.5%，侧柏9.5%～11%｡