黄土高原是当今世界范围内水土流失最为严重的地区之一,随着退耕还林(草)和封禁政策实施、水土保持工作力度加大,黄土高原植被覆盖状况得到明显改善。植被覆盖变化直接影响到流域水循环的过程和强度,对区域产流、产沙、输沙等过程带来影响。因此,分析植被对土壤侵蚀和水沙关系的调控作用及其降雨关系,为科学评价植被对水沙调控的作用和认识黄河水沙变化成因提供理论支撑。通过在黄土丘陵沟壑区第Ⅲ副区天水罗玉沟水土保持科学试验站建设野外径流试验小区,开展不同覆盖度草地人工模拟降雨试验,研究了降雨—土壤水分—入渗—产流产沙过程及其与植被的耦合作用关系,阐明了植被作用下土壤水分及入渗、产流、产沙变化规律,揭示植被调控下的产流、产沙耦合作用关系。结果表明:(1)阐明了天然状态下土壤水分变化过程。野外动态监测数据表明:土壤剖面土壤水分的垂直变化可以划分为速变层(0~20cm),活跃层(20~30cm),次活跃层(30~40cm)和相对稳定层(40~100cm),土壤水分的垂向分布存在分层现象,坡向分布存在显著的坡位差异(P<0.05)。(2)分析了模拟降雨过程中土壤水分变异特征。降雨过程中,降雨能明显增强土壤水分的活跃性,主要表现在0~30cm土层范围内,随土层深度的增加,降雨对土壤水分活跃程度的影响逐渐减弱。0~30cm土层土壤水分随降雨时间变化表现为三段式,即快速上升期、稳定期、略微下降期,深层次土壤水分在垂向的变化中表现为不均匀性,存在梯度性差异;除0~30cm土层外,降雨仅增加了各土层中的土壤水分,对各层间土壤水分在整体土层范围中土壤水分的占比影响较小,雨中坡位间土壤水分的分布差异更为显著(P<0.01)。随着0~30cm土层的土壤水分含水率的增加,产流速率呈增加并趋于稳定的趋势,产沙速率的变化趋势为产沙量达到高峰后逐渐减小并趋于稳定。(3)分析了植被坡面土壤入渗参数变化规律。土壤入渗率随草被覆盖度和降雨强度的增加不断增大,草被覆盖度越大,土壤入渗率的增加效果越显著,土壤初始入渗率与降雨强度呈指数函数关系,土壤稳定入渗率与降雨强度呈幂函数关系。土壤累积入渗量与降雨时间呈现良好的幂函数关系,草被覆盖度越大,土壤累积入渗增量越明显,降雨强度对土壤累积入渗量的影响存在梯度性差异。草被覆盖度的增加能明显提高土壤入渗系数,而随雨强的增大,土壤入渗系数不断减小,自然草被覆盖(约60%)下,在低于1.5mm/min时,草被增加土壤入渗系数的作用明显。(4)利用Koctakob、Horton、philip、通用公式等4种入渗模型对不同草被覆盖度和降雨强度下土壤入渗过程进行了模拟研究结果表明Horton公式能较好的模拟该区土壤入渗过程。(5)阐明了自然植被坡面产流产沙过程。产流时间随草被覆盖度的增加不断延长,随降雨强度的增加而不断缩短,且降雨强度与产流时间具有很好的幂函数关系;径流量随植被覆盖度的增加呈逐渐减小的趋势,草被覆盖度越大,减小的趋势越明显,径流量随降雨强度的增加呈逐渐增大的趋势,降雨强度越大,增大的趋势越明显;草被覆盖能够拦蓄泥沙,具有很好的过滤作用,不同降雨强度下,坡面产沙速率存在大降雨强度产生小产沙速率的现象;对比草被覆盖度和降雨强度对产沙速率影响的大小,表明草被覆盖作用明显大于降雨强度;但随着降雨时间的持续,降雨强度引起的径流冲刷侵蚀逐渐起主导作用。