毛乌素沙地是我国四大沙地之一,地处我国半干旱区多种生态过渡带,降水、风沙、土壤、气象等自然地理因子对农牧业生产及生态环境治理的制约性很大。本文采用野外调查与田间试验相结合的方法,在对区域多年降水、蒸散、土壤水分时空分布特征进行系统分析的基础上,对主要防护林树种的水分生理特征开展了系统研究,筛选了适合于不同植被类型建设的抗旱低耗水树种,提出了该地区植被恢复的主要模式与相应的技术体系。主要结论如下：(1)毛乌素沙地降水量少,时空分布不均匀,大大减弱了降水的有效性。研究表明,乌审旗23a(1981-2003)平均年降水量为340mm;呈现东多西少的分布格局,多年平均年降水的相对变率为13%-26%；主要降水季在6-8月份,暴雨出现频繁,沙基质土壤入渗率高,很少形成径流。乌审旗23a间平均年蒸散量为252mm,低于降水,年蒸散量的时空分布与降水类似,以7月份最大,1月份和12月份最小,呈“单峰”正态分布,与降水的年内变化趋势基本一致。降水分布的不均匀,沙地生态系统的脆弱及特殊的生态过渡性均削弱了水资源有效性。(2)对樟子松、新疆杨两种主要防护林乔木树种利用TDP进行树干液流的监测结果表明：在正常水分条件下,樟子松耗水量日变化呈“单峰型”,峰值在12：00-14：00h,受轻度干旱胁迫时峰值提前约2小时。从4月份起,樟子松耗水量逐渐增加,月耗水量7月份最高,此后有所减小。4月-9月总耗水量为1140.0mm,是同期降水量的3.56倍,日平均为6.25mm;新疆杨耗水量日变化呈“单峰型”,峰值在12：00-14：00h,受轻度干旱胁迫时,峰值提前约2小时,蒸腾耗水量降低46.67%。在中度和严重干旱胁迫下,耗水量大幅度降低。在主要生长季节(4-9月份),新疆杨单株总耗水量为5300.96L,是同期降水量的4.93倍,其中以6月份耗水量最大,为1073.82L,占整个生长期总耗水量的20.26%,平均日耗水量为34.64L。乔木防护林树种耗水量大,不宜在毛乌素沙区大面积发展。(3)对樟子松、新疆杨、油松、沙棘、旱柳、沙柳、乌柳、紫穗槐、杨柴、油蒿、沙地柏等11种防护林树种,运用Li-6400光合仪、便携式压力室仪对蒸腾、光合、水势等生理指标季节、日变化的测定表明：在主要生长季节内(5-8月),沙柳、乌柳及旱柳3树种蒸腾速率(Tr)日变化均呈单峰型。生长季蒸腾速率平均值以乌柳最高,其次依次为沙柳和旱柳,除在相对干旱的5月份外,3树种在其它各月的平均蒸腾速率也均有上述类似规律,表明乌柳耗水特征明显。3树种Tr最大值均出现在8月,说明耗水特性受环境(大气与土壤水分环境)影响更大。沙柳Tr峰值的时间由5-7月的12：00h推迟到8月份的14：00h,旱柳由5、6月的12：00h推迟到7、8月的14：00h,而乌柳由5、6月的12：00h提前到7、8月的10：00h,峰值提前表明乌柳对环境变化更为灵敏。在主要生长季,紫穗槐、杨柴、油蒿、沙地柏等灌木树种蒸腾速率变化呈多峰型,其中紫穗槐在6、7月呈双峰型,峰值出现在10:OOh和16:OOh,在8、9月呈单峰型,峰值出现在12:OOh：油蒿在6月、7月呈双峰型,峰值分别在10：OOh与14：00h；杨柴蒸腾的日变化波动较大,6月呈三峰型变化,峰值出现在10:OOh、14：OOh、18：OOh,7月呈双峰型变化,峰值分别出现在10：OOh和16:OOh,8月和9月呈单峰型变化；沙地柏在6月呈双峰型变化,峰值出现在12：OOh和16：OOh,在7、8、9三月,蒸腾速率呈单峰型变化。对各树种苗木光合、蒸腾、水势的综合对比分析表明：杨柴属于高光合、高蒸腾、水分利用低型树种,沙棘、乌柳和沙柳属于低耗水高、高光合、水分利用高型树种；柠条和紫穗槐属于光合、蒸腾、水分利用中等树种；旱柳属于光合中等、耗水低,水分利用高型树种；油蒿属于光合中等、耗水高、水分利用低型树种；针叶树种中,樟子松和油松属于光合相似、但樟子松比油松低耗水、水分利用效率高；沙地柏属于光合低、水分利用低型树种。(4)毛乌素沙地具有特殊的生态过渡性和独特的自然地理水文特征,因此植被恢复应该立足于当地的水资源条件的基础上,根据主要树种的水分生理生态特征,发展流动半流动沙地耐旱植被快速恢复模式,推动植被建设与经济的和谐发展。