黄土丘陵区位于黄土高原中部，生态环境脆弱，是黄土高原水土流失最严重的区域之一。近年来，以退耕还林还草和天然林保护工程为代表的生态工程获得广泛实施，天然林和人工林在增加区域植被覆盖、减少水土流失、改善区域生态环境方面发挥了重要作用。然而，随植被恢复年限的增加，人工林对区域水文生态环境的负面效应逐渐凸显，如林下土壤干燥化和人工林的过早衰败。这可能是由于不同植被类型对生态水文过程的调控差异所导致。本文以该区域位于陕西省延安市南郊的两种典型森林群落——辽东栎天然次生林和刺槐人工林——为研究对象，在进行大量野外调查、样品采集和测定的基础上，对两种森林群落以降雨量为基础的主要生态水文功能进行了研究，为综合评价不同森林群落的生态服务功能、森林水文生态效益提供科学依据。本文主要研究结论如下：
（1）该研究区域的气候表现出暖干化的发展趋势。自1956年至2015年的60年间，延安地区降雨量以4.45 mm/10年的速率呈现下降趋势，年均气温和年最低气温分别以0.29 °C/10年和0.44 °C /10年的速率增加。辽东栎林对林下小气候的调控效应优于刺槐林。辽东栎林可降低最热月份的日均最高气温约1.57 °C，可增加生长季初期林下气温约0.93 °C；生长季期间辽东栎林下相对空气湿度增加约7.39%，表现出明显的增湿保温效应。辽东栎林和刺槐林林下太阳辐射量分别为林外太阳辐射量的24.77%和29.23%，总辐射量的峰值出现在4月份，早于林外的6月份。
（2）辽东栎林林冠层的降雨截留量大于刺槐林，林地的净降雨输入量（穿透雨量和树干径流量）小于刺槐林。通过对研究期间生长季全叶期（2016-2017年7-10月）获得有效降雨再分配组分采集的43次降雨事件的分析，辽东栎林和刺槐林平均穿透雨率分别为76.39%和82.66%，平均树干径流率分别为4.52%和5.56%，冠层截留率分别为19.09%和11.78%。次降雨量是影响降雨再分配的关键因子，与穿透雨量、树干径流量之间呈现显著的线性相关关系（p<0.01），与冠层截留量间为指数函数关系（p<0.01）。辽东栎林和刺槐林地表径流系数分别为7.01%和30.55%，两林地都显著减少了地表径流发生频率和量级，辽东栎林在减少径流中的效应优于刺槐林。地表径流量与林外降雨量间呈现显著的幂函数关系（p<0.01）。（3）辽东栎林土壤的入渗补给能力高于刺槐林，两种森林群落土壤剖面的降雨入渗模式也存在差异。研究期间（2016-2017年4-10月），辽东栎林和刺槐林林地土壤的降雨入渗补给量分别为434.39 mm和575.35 mm，对应的降雨入渗补给系数分别为65.74%和49.63%。辽东栎林地深层（15-100 cm）土壤的降雨入渗补给量显著高于刺槐林地（p<0.05），是造成两种森林群落降雨入渗补给量差异的主要原因。降雨事件导致的辽东栎林地土壤水分绝对累积增量（ASWI）和相邻土壤层的相对累积增量（RSWI）沿剖面变化不明显，而刺槐林地ASWI和RSWI随土壤深度增加而显著减少。表层土壤（0-15 cm）的最大降雨入渗速率（Rmax）和平均入渗速率（Rmean）在辽东栎林地均显著高于刺槐林地（p<0.05），有利于更多的降雨进入土壤形成补给。土壤水分对降雨的响应滞后时间随土壤深度增加而增加，刺槐林土壤水分响应滞后时间显著大于辽东栎林（p<0.05）。林地的降雨入渗补给量与降雨量之间呈显著的线性相关关系（p<0.01）。
（4）两个森林群落林地土壤水分变化对降雨的响应存在明显差异。比较不同水文年型和植被类型的土壤水分状况发现，以辽东栎林和天然灌丛为代表的天然林地土壤水分含量显著高于刺槐林和撂荒地（p<0.05）。降雨是影响中浅层（0-200 cm）土壤水分含量和分布格局的主导因子，而深层（200-300 cm）土壤水分受植被类型影响显著（p<0.01）。辽东栎林地有较大的土壤水分的年内变化（ΔSWSt）和较高的ΔSWSt-降雨斜率值，说明辽东栎林对土壤水分的调控能力更强。当降雨增加时，辽东栎林地土壤的降雨入渗补给量高于刺槐林。与撂荒地相比（ΔSWSv），辽东栎林和灌丛的土壤水分亏缺多发生在浅中层，而刺槐林在深层土壤中同样存在水分亏缺。在0-300 cm剖面上，辽东栎林和灌丛的ΔSWSv与降雨量间表现为正相关关系，而刺槐林ΔSWSv与降雨量间为负相关关系。
综上所述，本研究针对黄土丘陵区以辽东栎为代表的天然林和以刺槐林为代表的人工林中以降雨为基础的主要生态水文过程研究了较为系统的研究，研究结果表明，辽东栎天然林对林下小气候的改善、降雨入渗、径流减少和土壤水分对降雨响应方面均优于刺槐人工林，更有利于该地区生态系统的重建和植被恢复的可持续发展。