本研究在黄土高原丘陵沟壑区同时以山地苹果园、苜蓿草地和保护性农业生态系统为对象,围绕土壤水分动态、水分生产力、蒸散过程和土壤有机碳封存固定,在实地调查与定点监测的基础上,借助EPIC（0810）模型对各农业系统产量、蒸散量、土壤水分、以及土壤碳储量进行了定量模拟,并根据历年气象数据分析和比较了各气象因子对农田、果园产量、蒸散耗水和有机碳碳储量的影响程度,分析了不同农业土地利用类型下各系统土壤干燥化过程、水分生产力特征、蒸散规律和土壤有机碳库储量动态变化,本研究主要结论如下:（1）基于实地调查与定点监测数据,我们对EPIC模型进行了灵敏性分析与模型校正;苹果敏感度最高的参数为PARM（76）,对于紫花苜蓿而言,主要的敏感参数为PHU、DLAI、WA、PARM（42）、PARM（3）（0.384、0.294、0.224、0.223、0.210）,玉米、大豆和土豆的最敏感参数均为HI（0.634、0.429和0.507）。EPIC各模拟值的模拟精度由高到低依次是;产量>蒸散量>土壤水分>蒸腾值。虽然EPIC对于四种作物系统的产量与耗水量的模拟表现已经可以满足试验的要求,但是在多年生作物的模拟上仍存在一些问题;多年生作物在模拟过程中没有成龄变化和衰老,其生理参数一般只根据作物的成熟期制定。所以会在一定程度上模型会高估幼龄期与衰退期的产量与蒸散耗水。故在对多年生作物的模拟过程中本文建议年限不应过长,仅模拟参数对应的生理时期以保证模拟值的准确性。同时模型对土壤水分的准确性较低,其原因有待进步的研究与模拟,为了提高模拟准确性本文建议土层单位厚度不可低于50cm。（2）基于Win EPIC对1981—2016年陕西不同区域成龄苹果林的水分生产力影响因子和土壤水分动态进行比较。结果表明:研究期间,陕北丘陵沟壑区、渭北残塬区和关中平原区成龄苹果林年均产量分别为16.94、22.62和25.70 t·hm^-2,年均蒸散量分别为511.2、614.9和889.88 mm,水分生产力分别为3.81、3.82和3.24 kg·m^-3。在陕北区和渭北区,林地水分胁迫最严重,年均胁迫天数分别为54.89、28.38 d,关中区的N素胁迫较为剧烈,年均胁迫天数为25.87 d。在模拟期间,陕北区、渭北区和关中区苹果林地的过耗水总量分别为1152.17、1342.95和1372.42 mm,2～15 m土层土壤有效含水量下降速率分别为63.44、57.08、51.41 mm·a^-1,深层土壤干层出现时间分别第8、13和17年,干层稳定至11 m深的时间分别为18、21和26年,干燥化严重。不同区域苹果林的管理重心应参考水分生产力的主导因子确定。（3）退耕还林、还草与保护性农业（CA）是中国黄土高原半干旱区增加植被覆盖率解决土壤荒漠化与水土流失的重要方法。本研究中,我们从生产力稳定性、水分利用效率与土壤干燥化方向入手,利用环境政策综合气候模型（EPIC）对苹果林地、苜蓿草地、和玉米大豆轮作与土豆大豆轮作系统的作物水分生产力（CWP）、蒸腾耗水比（T/ET）与土壤水分（SWC）进行了模拟。我们在2013～2017年进行了平行试验,通过中子管法、液流法和蒸散仪等对各系统的Yield、SWC、ET等进行了测定。本研究结果表明;苜蓿的WUE相对较高,CWP与T/ET分别高达4.06 kg·m^-3和0.78,但其生产力稳定性差,后期胁迫严重。土豆大豆轮作系统最大的优势在于其相对较低的耗水量,它是土壤干燥化恢复的重要种植方式。从逐月平均蒸散变化可知,土壤水分的过耗与水分胁迫主要出现在春季的4-6月份。季节降雨分配不均是限制该区水分利用的重要原因。利用历史天气和EPIC的天气生成器预测了2018-2030年的SWC与土壤干层（DSL）,其中苜蓿系统的干燥化最为严重,出现了短期难以恢复的永久性干层。其余系统的干层均不稳定,会在强降雨年有所恢复。（4）利用EPIC模型,对黄土高原丘陵沟壑区两种保护性农业（CA）系统和苹果林地与苜蓿地的长期雨养种植系统的土壤有机碳（SOC）储量进行了评估。对2013～2017年4个处理和5个主要种植作物（玉米、土豆、大豆、苹果与苜蓿）的平均作物产量、生物量和SOC储量进行校准和验证。结果表明Win EPIC模型在模拟SOC上表现良好。然而,该模型倾向于低估CA处理的SOC,高估了苜蓿与苹果处理的SOC。作物秸秆对土壤有机碳的截留有很大的影响。各处理土壤有机碳储量与作物残留与还田量成明显的线性回归关系。使用EPIC自动生产的历史天气预测了未来20年各系统土壤有机碳变化趋势,其中苜蓿系统的土壤有机碳呈现明显的下降趋势,各CA系统与苹果林地系统的SOC均呈上升趋势,其中玉米、大豆轮作处理的增加量最大。因此与玉米轮作相结合的CA处理被证明是更有效的土地管理来进行碳封存与碳固定。