本文以干旱形势突出的海河流域为例,以现代地理信息技术和原型观测试验为依托,在识别海河流域干旱成因及未来变化趋势的基础上,分析了森林土壤微生物对干旱胁迫的响应机理,阐明了干旱对海河流域典型森林土壤生态系统演变规律的影响,实现了对流域森林土壤生态系统的干旱表征,以此为基础,提出了维持森林土壤生态系统结构和功能稳定性和安全性的最适土壤水分含量。在自然地理、水资源与水环境和社会经济要素的综合影响下,海河流域的降水量和蒸发量的年内／年际变化均呈下降趋势,但蒸发量的减小速率相对较小；相对湿润度指数亦呈减小趋势。不同等级干旱影响下,海河流域呈现了不同的时空变化特征。空间上,轻旱高发区主要分布在流域的东北部,中旱高发区主要分布在西北部,重早高发区主要集中在张家口、忻州、邢台及其周边地区；时间上,针对流域1961～2010年干旱影响范围百分率,轻旱影响范围不断增加,但增幅较小；中早影响范围有减小的趋势；重旱影响范围不断减小,且增幅较大。通过分析未来海河流域干旱的时空变化趋势可知,空间上,五台山、榆社、北京、廊坊、唐山、遵化、秦皇岛等地未来受干旱化影响显著；时间上,流域干旱存在25～40年,12～25年,3-15年3类尺度的周期,其中,以周期为10年的变化能量最大,预计到2017年流域总体上仍处于干旱化阶段。在森林土壤微生物群落对干旱胁迫的响应机理方面,经分析不同土层的微生物对土壤水分胁迫的响应关系可知,随着土壤水分含量的减少,土壤微生物总数相对减少,细菌的比例相对降低,而真菌和放线菌的比例升高,真菌和放线菌表现出明显的耐早特性。不同坡位相同土层土壤微生物对土壤水分胁迫的响应关系,土壤干旱程度的加强,微生物总数和细菌的比例也表现出减少趋势,放线菌和真菌的比例呈增长趋势。中层、底层土壤微生物总数的最适水分含量明显低于表层土壤,而三大类群的最适水分含量不同,表层土壤放线菌和真菌的最适水分含量低于相应细菌的,而中层、底层最适水分含量较表层来看规律性并不明显。选取碱解氮、有机质含量、微生物生物量碳作为流域森林土壤生态系统的干早表征指标,将土壤碱解氮、有机质含量、微生物生物量碳随土壤含水量的变化率最大值所对应的土壤含水量作为最适土壤水分含量,为维系植被有效吸水,并保证土壤剖面各层化学、生物性状的稳定性和安全性,海河流域典型油松林褐土剖面最适土壤水分含量约为12.00%。