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为探究旱区沙柳地土壤水入渗、蒸发过程与根系吸水的时空来源，该研究采用原位监测、水-热-δ18O耦合模拟与粒子追踪等方法，探究生长季（3—9月）毛乌素沙柳地包气带土壤水分利用规律。结果表明，研究区δ18O的动力特征在3种分馏（no fractionation,NF;Gonfiantini,GF;Craig-Gordon,CG）模式中GF模型效果最佳，土壤水蒸发过程为温度控制的同位素分馏迁移。粒子和δ18O迁移路径共同明晰了土壤水受降水补给-蒸发作用与植被吸水的时空发生过程。春、夏季降水稀少，蒸发强度与干旱持续时间决定土壤水蒸发速度与蒸发深度，其中4—5月蒸发作用弱，土壤蒸发深度可达0～120 cm;6—7月蒸发作用强烈，蒸发深度可达0～135 cm。此外，土壤初始含水量状态决定降水后入渗-蒸发过程的优先级，即干燥土壤接受小雨补给后入渗速度慢，蒸发能力增强，蒸发深度（0～13 cm）等于入渗深度，此时随降水进入土壤的粒子均受蒸发作用从地表离开；而有效补给后再降小雨，入渗深度（20 cm）会大于蒸发深度（16 cm），土壤可获得有效补给。因此，根区土壤水源于频发的小-中降水和单次大降水事件，穿过易蒸发区（0～40 cm），长期滞留40～90 cm深度。沙柳的水分利用策略源于其根系分布和浅层土壤水可用度，在返青季，浅层（0～40 cm）消融的土壤滞留水是其主要耗水来源。进入生长季，当降水充沛时，浅层土壤水（0～40 cm）仍是其主要吸水来源，当月降水可满足生长需求；当降水稀少时，浅层土壤含水量的降低驱使其转移吸水层位，前期降水滞留的中层（60～100 cm）土壤水是其吸水的主要来源。该结果进一步明晰了降水-土壤-植被的水文耦合过程，为指导旱区包气带水资源有效管理与植被恢复提供科学依据。
