在干旱荒漠地区实施生态恢复与生态防护工程，使地表由流动沙丘变为固定的植被覆盖景观，地表覆被特征的变化，将改变原来的水分转化关系，直接影响区域的基本水文生态环境特征。沙坡头地区人工固沙植被近50年的演变与区域生境的恢复就是荒漠化逆转的理论范式和成功的实践例证，由于灌木植被的作用，使原来质地相对均一的流沙发生了资源分布的空间异质性变化，其中土壤水分的空间分布也必然发生了巨大的变化。本文采用经典统计学和地统计学相结合的方法，通过对50年人工固沙植被区及不同植被类型覆盖沙地浅表层土壤水分的长期测定，揭示了人工固沙过程中土壤浅层水分、养分的时空变化性特征，确定了影响土壤水分空间变异的主要因子，验证了土壤水分时间稳定性理论在荒漠地区的适用性，探明了不同植被类型沙地表层土壤水分空间变化对干旱和降雨过程的响应，确定了土壤表层水分含量对土壤表层水分空间变异性的影响。从理论上丰富了沙漠地区土壤水分的空间变化规律研究，为沙漠地区的固沙工程提供了有关土壤水分动态变化依据。　　 1.沙坡头1956年人工固沙植被区地表以下15cm层水分含量明显高于30cm层；降雨是引起干旱沙地表层0-15cm深度土壤水分空间变异的决定因素，植物根系是引起亚表层0-30cm深度土壤水分空间变异的重要因素。从不同微地形来看，海拔高度是决定背风坡表层和亚表层以及迎风坡亚表层水分空间分布的主要因素，而迎风坡表层受风力等环境因子的影响较大。　　 2.网格尺度土壤浅层水分含量的分布符合正态分布并具有明显的空间变异性，土壤水分的空间变异性具有明显的季节变化趋势，无论在0-15cm还是0-30cm深度，土壤水分含量的最小值都出现在夏季。变异函数分析表明越大的降雨和越高的土壤水分含量值对应越高的空间变异性并且其相关性在0-15cm深度比0-30cm深度更高。降雨事件发生后，不同地形位置0-15cm深度土壤水分的空间变异性发生改变，在干旱时期，丘间低地具有最高的空间变异性，降雨事件后，丘间低地的空间变异性最小；无论干旱或湿润期，0-30cm深度土壤水分空间变异性基本保持一致。　　 3.相对海拔是引起土壤浅层水分空间变化的一个主要因子，尤其在降雨事件发生后更加明显并且它的影响在0-30cm深度比0-15cm深度更加显著。粒径分布和土壤水分含量之间的相关性与相对海拔具有相反的时间序列特征，其相关系数值较小并且在0-15cm深度的相关性比0-30cm深度更高。草本盖度与浅层土壤水分含量之间的相关性比灌木要高且与相对海拔具有一致的时间序列特征，降雨增加了植被的影响。　　 4.浅层(0-15，0-30cm)土壤水分含量具有明显的时间稳定性特征，且0-15cm层的土壤水分时间稳定性较0-30cm层低，即使在极端条件下，这种特征仍然存在，且干旱条件下土壤水分的时间稳定性比湿润条件下更高。由此确定的荒漠人工固沙植被区0-30cm深度平均土壤水分含量代表点确定的最小取样时间为一个生长季；而表层0-15cm深度土壤由于受外界条件的影响较大，其最小取样时间的确定可能受到季节循环的影响，一个季节循环为0-15cm深度土壤平均水分含量代表点确定的最小取样时间。　　 5.沙坡头地区人工固沙植被体系经过50年的演变过程，土壤表层生物结皮形成，粘粒、粉粒含量显著增加，由流沙发育初期的干旱砂质新成土向一种区域性的土壤类型一简育正常干旱土演变；土壤质量状况有了明显改善，荒漠化逆转过程开始。由于灌木植被的作用，土壤各性状均表现出一定的空间变异性且变异程度差别较大。土壤各性状的空间分布具有各向异性，有机质、全N和粒径分形维数具有相同的空间分布格局，受风力作用和植被的影响较大；碱解N、速效P和速效K表现出一致的空间分布特征，受灌丛植被的影响较大，随土壤水分径流向丘间低地聚集。荒漠人工固沙植被区灌木植被表现出明显的“肥岛”效应。　　 6.沙坡头地区不同植被覆盖状况的沙地土壤表层(0-5cm)水分的分布均符合正态分布，降雨使得表层土壤水分含量显著升高，破碎化程度减小，分布更加均匀。在表层土壤水分含量极低的情况下，土壤水分的空间变异性规律与土壤水分含量的变化规律一致，随着土壤水分含量的减小而减小；当土壤水分含量处于稳定平均水平时，其空间变异性与土壤表层水分含量变化趋势相反，随着土壤表层水分含量的增加而减小，反之亦然。流沙、纯柠条区(无生物土壤结皮)、纯柠条区(有生物土壤结皮)、纯油蒿区(有生物土壤结皮)、有结皮混交植被固沙区土壤表层水分空间变异性与土壤表层水分含量关系发生改变的转折点分别为土壤表层体积水分含量1.5％、2.5％、3％、3％、4％左右。