陕北半干旱黄土坡面人工林目前普遍面临着土壤水分不足,林地退化等问题。地形异质性可以使坡面上物质能量分布产生异质性。因此,利用坡面微地形的生境异质性特性为人工造林提供理论指导将会使人工造林的成功率得到改善。近年来,对黄土坡面微地形的研究为近自然人工林营造提供了一定的理论依据。然而,目前对于微地形土壤水分的研究仅仅停留在不同微地形间水分特征差异上,而微地形对土壤水分影响机理及更详细的微地形土壤水分变化规律尚待进一步深入研究。为此本研究对陕北黄土区普遍存在的陡坎、缓台、塌陷、浅沟等4种微地形进行了研究,依据黄土区坡面微地形土壤水分定点监测数据、微地形内部土壤水分监测和微地形特征三维扫描数据,通过多元统计分析、时间序列分析及地统计分析等方法进行分析研究,以期明确不同微地形的性状特征、分布规律,进而研究微地形形状特征对土壤水分的影响,最后得到不同微地形土壤水分对天然降雨的响应规律。研究结果表明:(1)4种微地形的形状特征不尽相同,其中微地形平均面积排序为缓台>浅沟>塌陷>陡坎,分形维数排序为陡坎>浅沟>缓台>塌陷,上坡长度排序为缓台>塌陷>陡坎>浅沟,表明了缓台在4种微地形中面积最大,而陡坎则有着最复杂的微地形边界,浅沟在分布上最靠近坡顶。(2)立地类型不仅会影响微地形的平均面积,同时还会影响微地形所占坡面的面积比例。在本研究区中,以半阴向缓坡微地形面积占比最大,为19.89%,阳向缓坡为19.55%,阴向缓坡为15.79%,半阳向缓坡为14.75%,半阳向陡坡为12.49%,半阴向陡坡为10.78%。不同微地形在不同立地类型占坡比不同,其中陡坎在阴向缓坡占比最大,缓台在半阴向缓坡占比最大,塌陷在半阴向陡坡占比最大,浅沟在阳向缓坡占比最大。这一结果对微地形近自然植被造林规划有着指导意义。(3)在旱季末,4种微地形中的土壤水分表现为陡坎<塌陷<浅沟<缓台的规律。但在不同的坡向上,相比较阴坡上微地形土壤水分的变异系数,阳坡上塌陷土壤水分变异系数更大,说明了尽管在以往的研究中塌陷土壤水分条件较好,但是其在旱季土壤水分损失速率较高。(4)在微地形的诸形状因子中,微地形面积对土壤含水量有显著影响,其中:在阴坡上,4种微地形土壤水分和微地形面积均呈增加趋势,其中陡坎、浅沟和塌陷面积与土壤水分之间呈线性函数关系,缓台面积和土壤水分呈对数函数关系。在阳坡上,塌陷面积和土壤水分无相关关系;缓台面积和土壤水分呈对数函数正相关关系;塌陷土壤水分随塌陷面积增加呈线性增加趋势;浅沟土壤水分随面积增加有着线性减小的关系。同时在微地形内部土壤水分也有着明显的分布差异,需要在未来植被配置过程中加以考虑。(5)时间序列分析显示,在本研究区,微地形间土壤水分自相关性差异明显,土壤水分受前期水分影响较大,其中缓台、塌陷和浅沟土壤水分序列时间相关域为4周,陡坎和原状坡面的时间相关域为2周。同时降水对较深层的土壤(120cm)产生影响依然是一个相对缓慢的过程,并且在不同微地形间和原状坡面中差异明显,分别是缓台需要12周,塌陷需要10周,陡坎是需要18周,浅沟需要6周,原状坡面12周。降水对不同微地形间深层土壤补给的时间差异是导致微地形土壤水分差异的重要原因。