应用土壤物理学的方法、理论和参数，对研究地区现有的水土保持林的林地土壤水分物理性质进行了实地观测和分析。实验采用了玛立奥特瓶定水头供水的渗透仪法和野外实地土壤水分再分布法，其结果为该地区水土保持和森林水文效益评价研究提供了可靠的依据。

研究半干旱地区林木的实际蒸腾量，对研究防护林密度调控、提高林木水分利用率及林分稳定有着重要的理论意义。试验地位于山西方山县的北京林业大学径流林业试验场（北纬37°36'58"，东经110°02'55"）。试区平均海拔1200米，多年平均降水量416mm，水面蒸发1，857.7mm。研究试验林为1986年春季造林的刺槐（Robinia pesudoacacia L.），6种造林密度（830株/hm2～3330株/hm2），郁闭度0.85～0.9。研究的主要思路是：如忽略大气热层结问题，考虑气压订正，并用冠层整体气孔阻力rsT代换冠层阻力rc，将蒸散面净辐射限定于冠层截留净辐射Rnl，便可在林木气孔阻力等实测数据的基础上，应用修改后的Penman-Monteith公式并使用常规气象数据进行生长季林木蒸腾量的连续计算。研究通过各月Rn和叶面积指数LAI的实地观测资料统计计算出了不同月份林冠的消光系数k，进而确定了由Rn、k和LAI计算Rnl日变化的关系式；以各月典型天气实测的蒸腾量和冠层中部的平均单位叶片气孔阻力数据为依据（由LI-1600稳态气孔计测定），采用反推法并适度精度调整后推算出由LAI和rst计算冠层整体气孔阻力rsT的经验系数K'值。经与典型实测结果对比，模拟的相对误差平均在12%以内。最后，采用常规气象数据及由此计算出的Rn，进行了刺槐林分全年连续日蒸腾模拟估算，结果是：1998年、1999年和2000年5月～10月生长季不同密度刺槐林的平均总蒸腾量分别为192mm、187mm和196mm.。

通过对1998-1999年5-10月2个生长季不同密度刺槐林的连续观测，研究林地土壤水分运动规律及年际变化特征。结果表明：春季不同密度刺槐林地的土壤水分差异较小，并有随林分密度增大而减小的趋势，林分密度越小土壤深层储水量越高。不同密度的刺槐植树带随着林分密度的增大，渐渐隐现出干早、半干旱地区成林的土壤干化现象，而且随着降水的减少和林木个体水分消耗的递增，林分内水分供需矛盾越来越显著。对于自然集水斜坡面积在8m2以上的刺槐植树带内，深层土壤水分能得到较好的补偿。随着林分密度的增大，林下植被种类和数量越来越少，逐步由中生植物向旱生植物过渡，其生物总量、盖度、长势和植物体含水量也随之降低，反映出林地土壤的水分环境容量随林分密度变化的特征。

通过计算分析集水造林条件下刺槐林的林木生产力和水分生产潜力，结果表明：林分群体的水分生产效率，特别是蒸腾和蒸散的水分生产效率，随密度的增大呈对数递减趋势；低密度拍光处理林分的理论潜在开发潜力可达90%以上，基本达到了目前技术经济水平条件下当地刺槐的最大生产能力，是今后径流林业的发展方向。

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。