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。

为了给退耕还林工程建设的树种选择提供依据，2002～2003年，通过实地观测并应用Penman-Monteith方程和定位通量法，对青海大通黄土高寒区自上世纪80年代陆续退耕还林后营造的青海云杉（Picea crassifolia）、紫果云杉（Picea purpurea）、华北落叶松（Larix principis-rupprechtii）、白桦（Betula platyphylla）、青杨（Populus cathayana） 和沙棘（Hippophae rhamnoides）进行了林木耗水特性研究。结果表明：两种方法测算林地蒸散的月平均相对误差是5.7%。成龄林的青杨沙棘混交林、白桦纯林、青杨灌木混交林和白桦青海云杉沙棘混交林的生长季蒸散总量为488～538mm，其中蒸腾量占蒸散总量的74%～79%，林地土面蒸发总量占蒸散总量的10%～12%，林地无地表径流产生；处于中幼龄生长阶段的紫果云杉、青杨、华北落叶松、青海云杉混交林林分的平均蒸散总量为450～510mm，其中蒸腾总量占蒸散总量的45%～69%，林地土面蒸发总量占蒸散总量的16%～44%，地表径流量占林地降水量的1%～6%。大部分林分6～8月的蒸腾耗水量占全年的80%。

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。

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。