随着退耕还林还草工程等一系列植被恢复工程的实施,黄土高原植被覆盖面积显著提高,水土流失得到极大缓解。由于种植的人工林多为深根系植被,在保持地表水土的同时也引发了深层土壤的干燥化等问题。因此,综合分析人工林土壤水分变化及根系吸水特征可为评价生态恢复建设的可持续性提供科学依据。当前关于人工林深剖面土壤水分随林龄变化趋势的研究大多采用空间换时间的方法,无法反映同一人工林水分长期变化的真实情况。本研究以陕西省绥德县典型黄土丘陵区的侧柏、油松和柠条三种高龄人工林为研究对象,利用2001-2020年多次实测数据分析高龄人工林深层土壤水分变化及根系吸水特征,并以荒草地为对照,利用氚峰值示踪技术分析人工林对潜在地下水补给的影响。主要得到以下结果:（1）明确了高龄人工林深层土壤水分状况及影响因素。人工林为35龄时,侧柏2-20 m、油松2-23 m、柠条2-23 m的土壤水分亏缺量分别为1108 mm、1430 mm、1205 mm,亏缺比例分别为43.5%、47.0%、40.7%,有效储水量分别为484 mm、415mm、655 mm,分别占其最大有效储水量的15.7%、11.4%、18.2%,人工林整体土壤干燥化程度表现为油松＞侧柏＞柠条。高龄人工林土壤水分与土壤粘粒含量呈极显著正相关,与根系分布的关系不显著;土壤水分稳定层的含水率与土壤粘粒含量的对应关系在三种人工林中类似,说明经过多年深层根系吸水的土壤干层含水率主要受土壤性质影响,而与植被类型无关。（2）基于长期水分变化和根系分布明确了高龄人工林水分利用特征。人工林在表层土壤生长大量根系以充分利用降水及浅层土壤水,在深层则均匀生长少量但比根长更高的细根用于提取深层土壤水分。油松和柠条17 m以下深层土壤水分在2020年（35龄）相比2007年（22龄）时明显减少,说明高龄人工林仍然能持续利用深层土壤水分以缓解干旱,而不仅依靠当年降水维持生存;回归分析的结果表明:35龄的三种人工林耗水深度均已超过20 m。（3）获得了高龄人工林水分亏缺的动态过程以及对潜在地下水补给的影响。35龄侧柏、油松、柠条的多年平均耗水速率分别为42 mm·a-1、53 mm·a-1、47 mm·a-1,约占多年平均降水的11%;荒草地潜在地下水补给量为41.4 mm·a-1,约占当年降水的9%。氚峰值示踪结果显示:人工林根系生长速度远高于降水入渗速度,高龄人工林在利用当年降水的同时还消耗了至少57年以前入渗的降水,表明现阶段几乎无潜在地下水补给产生。本研究揭示了人工林进入老龄阶段后对深层土壤水分的利用特征,定量了人工林深层土壤耗水速率,可为黄土高原植被恢复建设选择合适的种植年限提供理论指导。