土壤水分是维系黄土高原恢复生态系统稳定性和可持续性的关键因子。而植被是影响半干旱区土壤水分时空变化的主要因素。苜蓿(Medicago sativa L.)和长芒草(Stipa bungeana Trin.)分别是黄土高原北部地区人工恢复和自然恢复的典型植物,研究两种草地土壤水分时空分布及异质性,有助于揭示植被-土壤水分的相互关系,可为制定科学合理的植被布局以及田间土壤水分管理措施提供科学依据。此外,研究两种典型草地生态系统土壤水分时空变化对不同强度降雨的响应,可为优化草地管理及维持草地生态系统功能的可持续性提供依据。在陕北神木六道沟小流域选择典型苜蓿和长芒草样地,分别布设24个土壤水分观测点,采用中子仪监测剖面0~5 m土壤水分动态,分析不同土层土壤含水量的时空分布特征及其对降雨的响应。取得如下主要结果:(1)采用经典统计学与地统计学方法,分析了小流域田块尺度长芒草和苜蓿草地0~5 m剖面土壤水分的空间变异特征。两种草地土壤水分随深度增加均呈先增大,后减小,而后趋于稳定的变化趋势,具有中等程度变异。垂直方向上两种草地土壤含水量及变异系数均具有显著差异(P<0.01),苜蓿和长芒草地0~5 m剖面土壤水分变异系数平均值分别为0.22和0.27。总体上,苜蓿导致深层土壤水过度消耗,0.7 m以下土层土壤含水量明显低于长芒草地,其高耗水特性削弱了垂直方向各土层土壤水的空间变异强度。因此,苜蓿植被强化了土壤水在垂直方向上的循环,并导致深层土壤水负平衡,进而使样地尺度土壤水在水平方向的分布趋于均质化。(2)苜蓿草地各观测点土壤水分时间稳定性强于长芒草地,长芒草地在时间上拥有更加稳定的空间模式。0~1 m层土壤水分遵循降雨的变化模式,深层土壤往往更加稳定。苜蓿造成土壤水分持续性亏缺状态。不同观测时间下,土壤水分越相似,其空间模式越稳定。0~5 m剖面范围内,苜蓿地和长芒草地平均秩相关系数分别为0.65和0.74。1 m以下各土层两者之间秩相关系数均呈显著性差异(p<0.01)。深层土壤水分空间模式在时间上更稳定。土壤水分的时间稳定性受植被和土层深度的综合影响,苜蓿地各土层相对差分标准差和平均绝对偏差均小于长芒草地,在个别土层具有显著性差异。具有时间稳定性的测点个数随土层深度的增加而增多。苜蓿地各土层最佳代表测点分别为A18、A10、A10、A4和A7,长芒草地为B5、B1、B17、B12、B15。在判定最佳代表测点时,应充分考虑各种判定方法,并用精度参数加以验证。(3)在大部分观测时间和土层内,土壤水分与其变异性呈显著正相关。植被和土层深度的综合影响导致土壤水分与其变异性的关系复杂化。在观测时间内土壤水分变化对降雨有较强的依赖性,但不同植被不同深度对于降雨的敏感性存在差异,苜蓿地0~1.8 m土层土壤水分与降雨呈显著正相关,而长芒草地仅0~0.7m土层二者呈显著正相关。小雨和中雨对于土壤水分的补充作用不明显,大雨和暴雨则显著提高了0~0.5 m土层含水量。一定强度的降雨可迅速补充表层土壤含水量,使土壤水分空间分布趋于均质化,进而削弱土壤水分的空间变异性。当降雨强度进一步增大时,土壤水分的变异模式发生改变。降雨导致两种草地0~0.5 m各土层基台值、块金值和空间异质比升高,部分土层水分由强烈空间自相关性转变为中等程度自相关性。雨后表层土壤水分变程增大,而变异性降低。