黄土丘陵区受气候和人类活动的影响,是典型的生态脆弱区,经过退耕还林工程,水土流失和植物多样性虽然得到了有效改善,但水资源不能满足植物水分需求成为制约人工林生长和恢复的瓶颈。为了分析不同人工林水分利用效率及其影响机制,本研究以黄土丘陵区人工林主要树种刺槐（Robinia pseudoacacia）、沙棘（Hippophae rhamnoides）、油松（Pinus tabulaeformis）和小叶杨（Populus microphylla）为研究对象,测定4个树种的叶片光合参数和水势值,分析各个树种叶片光合参数和水势值的日变化及季节动态,通过观测叶片及木质部的解剖结构,分析不同树种叶片气孔及木质部导管特征和栓塞抗性。利用相关性和主成分分析,明确不同树种水分利用效率与叶片光合参数、叶片性状、木质部解剖结构和功能之间的关系。利用随机森林模型,阐明黄土丘陵区人工林主要树种水分利用效率的影响因素。为黄土丘陵区人工林水资源的高效利用与持续稳定的恢复提供理论依据。主要研究结论如下:1.4个样地5月和6月为低土壤水分时期,7月至9月为高土壤水分时期。4个树种叶片水势日变化均呈“U”字型,黎明和正午叶片水势随着土壤含水量的增加而增加。通过对4个树种的黎明叶片水势和正午叶片水势进行拟合,结果表明刺槐和小叶杨采用等水调节策略,而沙棘和油松偏向于非等水调节策略。4个树种瞬时水分利用效率（WUEi）与内在水分利用效率(WUEinst)的日变化趋势分别为:随着时间的增加逐渐降低、随着时间的增加先降低后增加。4个树种高土壤水分时期的WUEi均高于低土壤水分时期,而高土壤水分时期的WUEinst均低于土壤水分较低的时期。2.沙棘叶片气孔被盾状毛所覆盖,其它3个树种的气孔特征如下:油松的气孔长度、宽度和开度均显著高于小叶杨和刺槐（P＜0.05）,气孔密度则显著低于小叶杨和刺槐（P＜0.05）。结果表明非等水物种具有较高的气孔开度,在水分亏缺时木质部容易发生栓塞。刺槐和沙棘的木质栓塞脆弱性曲线呈“r”型,而油松和小叶杨的木质部栓塞曲线呈“s”型。说明在水分胁迫下,刺槐和沙棘容易发生栓塞,而油松和小叶杨在较高水分胁迫下导管才会发生栓塞。4个树种的栓塞抗性大小为:小叶杨＞油松＞沙棘＞刺槐。3.叶片光合特征和土壤含水量是水分利用效率的主要影响因素。4个树种的水分利用效率与土壤含水量、净光合速率和比叶面积呈显著正相关关系（P＜0.05）,与饱和蒸气压亏缺呈显著负相关关系（P＜0.05）。植物的水分利用效率还受木质部解剖结构和水力功能的影响。相关性分析结果表明:4个树种的水分利用效率与木质部导管直径和栓塞脆弱性呈显著正相关关系（P＜0.05）,与木质部密度和木质部导管壁加固系数呈显著负相关关系（P＜0.05）。刺槐和小叶杨的水分利用策略属于等水性,在土壤水分偏低时,刺槐和小叶杨的叶片会减小其气孔开度,会降低植物因失水而死亡的风险,但也影响其光合速率和水分利用效率,这也是小叶杨栓塞抗性较强而水分利用效率较低的原因。刺槐的栓塞抗性较弱,主要与其导管壁加固系数和木质部密度较低有关,水分利用效率较高,可能是因为其叶片蒸腾速率较低。沙棘和油松的水分利用策略偏向于非等水性,即在低土壤水分时期,沙棘和油松叶片气孔开度的降低幅度较小,能够保证其光合作用和水分利用,但会增加木质部导管发生栓塞的风险,这也是沙棘栓塞抗性低,但水分利用效率较高的原因。