1936年初冬，來自江南水鄉的第4師少尉見習官魏化灝隨軍橫越黃土高原，對高原上的幹燥氣候非常驚奇。他驚嘆：“我們到陜北，兩個多月，從未下雨。據當地人說，兩三年不下雨，也是常事。因為氣候幹燥，所以我們長江流域的人，在那兒總是口幹舌燥，鼻腔冒火。”
老天不下雨，只好到河邊打水。只是高原地形險峻，打水著實不易。黃土高原由風沙堆積而成，千萬年風沙造成海拔1000米至2000米的巨大黃土層，大小河川在黃土層間衝蝕出深達一兩千米的山溝。一般山溝的寬度不過兩三百米，兩側雞犬之聲相聞，鄰人可以隔溝喊話。但若要到山溝另一側，必須下到千米深的溝底，再攀登而上，耗時大半天。在高原上生活的老百姓，若要到河邊打水，得艱難下到溝底。
在黃河邊的神木縣城，魏化灝見到當地百姓打水的艱苦。“全城飲水，取自黃河。自城廂到河邊，運水的騾車，繹繹於途，而（上下山）往返一次，需時約六小時以上。途中因運水而至泥濘，上山下山，極為艱困。騾馬系以駝鞍載桶，運水而上。”
黃土高原上的水，實在太珍貴，主要供應人畜飲用與做飯。老百姓不洗澡，少洗衣，將生活用水壓到最低。陜北流傳一老嫗故事，老太太天明即起，經半天山路，打得一罐水，家門在望。一個行人討水喝，老嫗不肯，行人渴極，搶來一飲而盡，老嫗竟悲憤自盡。人命關天，縣令下鄉勘驗，當地鄉保卻只以一盤幹炒豌豆招待大官，因為水太珍貴，舍不得做飯蒸饃，只好幹炒湊合。
蒸饃的水都舍不得，耕種更是全無灌溉。“種的土地，都是靠天收的旱田。人民生活，當然極苦。不過地廣人稀，豐收一年，足夠三五年食用。”
然而，黃土高原有全中國最肥沃的神奇土壤。各地土壤都需要施肥，只有黃土不需施肥，反而越種越肥。若建設水利，灌溉成水澆田，就是全中國最富庶的糧倉。民國初水利機械突飛猛進，有識之士開始興辦水利，試圖改造黃土高原。只是初見成效，即被抗日戰火無情毀滅。
幹旱黃土只靠“八十三場雨”華夏文明發源於黃土高原，土壤是主因。中國最早的土壤調查載於《尚書·禹貢》，禹別九州，按土壤沃度制定田稅，但大禹眼光高，不肯輕易給分。黃淮平原的兗、青、徐、豫四州，分別評為中下、中上、上中與中上，唐虞夏三代發源的晉南冀州只是中中，而長江流域梁、荊、揚三州，今日雖是魚米之鄉，4000年前卻是澆薄惡土。巴蜀水利未開，雲夢大澤泛濫，長三角則是尚未成形的鹽鹵地，只評為下上、上下與下下。
“黑河西河惟雍州。厥土惟黃壤，厥田惟上上。”在大禹眼中，真正的沃土是當時稱為雍州的黃土高原。西起甘肅的黑水，東至山西的西河，黃土層峭立千仞，當時還是人煙稀少的西戎領域，卻是九州唯一的“上上”之土。
黃土的神奇，在於不需施肥，即能“自肥”。1932年，隴海鐵路管理局的陜西實業考察團，對黃土的神奇自肥力進行了科學論證。強風刮來的千仞黃土，都是微細顆粒，“大小粗細均勻”，“輕重松黏適中”，富含石灰質等養分，是土壤中最適合耕種的“壤土”。微粒堆積，形成細孔，造成異常強大的毛細管吸力現象。只要澆水，就能將厚達千米的下層黃土養分自行吸到上層，達到無限自肥的神奇效用。
“黃壤若有充足之水量加上，則有自肥的能力……原因有二：一、黃壤之毛細管吸力強，能將深處黃壤所含的資養料，經水溶解後而上升；二、黃壤能吸收空中的亞麼尼亞化合質，以補資養料之不足。故黃壤之肥沃與否，全視雨量或灌水之多寡而定。水量不足，黃壤中深處之肥養料，即不能吸上。”
植物成長四大要素是氮、磷、鉀與有機質。黃土本身富含磷與鉀，從空氣中吸收的“亞麼尼亞化合質”就是氮。農民只需施糞肥綠肥，增加有機質，理論上就能永續耕種。
然而，黃土高原實在太缺水。在山西，打井深度至少5丈（17.25米），超過10丈（34.5米）稀松尋常。到了黃土層更厚的陜西，鑿井10丈打不出水。水利專家李儀祉的故鄉蒲城縣位於高原的邊緣，他說了取水之苦：“最苦的就是水不方便。黃土層高原，都是這個樣子。水井深三十丈到五十丈，水還不見旺。我們村中統共只有兩眼井，平時都是用窖貯雨水，還有鄰村地方，索性打不出水井的。”
水井太深，黃土高原普遍不能徒手汲水，依賴轆轤吃力絞起水桶，只夠日常生活使用。許多山區打不出井水，只能打旱井，貯存夏雨冬雪，專供人畜飲用。因為水實在太稀少，老百姓連羊都不敢多養。
黃土高原上的農民在土塬（高原臺地）頂開辟山田，沿山腰修建梯田，開不了渠，打不了井，灌溉專靠“八十三場雨”。夏末秋初播種，期待八月、十月與三月各下一場雨。在八十三場雨之外，只有雪水灌溉，老農看積雪狀況就能預期來年收成。
全中國最肥沃的黃土，只能種抗旱作物。小米抗旱，黃土高原稱為“谷子”，再搭種更耐旱的蓧麥（燕麥）與糜子。小米尚能熬粥，蓧麥與糜子太粗糙，只能磨面吃窩頭。磨剩的粗糠，也不能丟棄。因為黃土高原十年九旱，收成有一年沒一年，粗糠也得珍重保存，遇上荒年時還有糠窩頭可吃。高原上嫁女兒，總要調查對方家中存有幾缸糠，以定身價。
黃土高原的地勢由西向東緩降。隴右青海崇山峻嶺，人跡罕至。到了內蒙古晉陜，緩降為高原，土梁土塬溝壑縱橫，雖能耕種，但是氣候亢旱，取水不易，數千年來朔方北地總被視為窮塞北荒之地。直到高原盡頭的晉南與陜南，汾河與渭水衝積成平原，總算可以灌溉，就成為華夏文明的發源地。堯舜禹三代沿汾河平原遞次發源，周朝發源的岐山西土，則是渭水流域關中平原。“天作高山，大王荒之，文王康之，子孫保之。”唐虞夏商周文明發源史，在黃土高原的邊緣寫成一大半。
上古地曠人稀，黃土層經大河天然衝積，即能創造文明。但人口稍密，汾河渭水就顯出疲態。周平王東遷，春秋戰國改以黃淮平原與江漢平原為主場，周朝發源的關中平原反成偏僻西戎。
黃土高原興亡關鍵在水，只有興辦水利，才能迎頭趕上。
1914年，陜西，美國石油地質學家菲德克·克拉普（Frederick G. Clapp）拍攝的在黃土高原溝壑中行進的商隊。
遙遠的黃土高原水利夢黃土高原邊緣的河谷平原，兩千年前就開始浩大的水利建設。秦王政開鄭國渠，關中平原煥然一新，原本的“澤鹵之地”經過灌溉，激發出黃土的無限潛能。“關中為沃野，無兇年，秦以富強。”
然而，鄭國渠展現了水利工程的脆弱。河渠必須年年投入重金疏浚清淤，固堰整閘，稍一失時，就會前功盡棄。鄭國渠只維持百年，就已堰毀渠淤。一百年後，漢武帝繞著黃土高原大興水利，關中平原修白公渠，汾河平原開渠引汾河與黃河水，北面的河套更大修水渠引黃河，“斥塞卒六十萬人戍田之”。只是汾河與河套的水利建設雙雙失敗，勞民傷財，只有白公渠沿用千年，但灌溉面積僅有鄭國渠的1/10。直到北宋白公渠漸廢，關中平原成為窮困區。河谷平原的水利建設，尚且困難如此，高原中心的土塬溝壑區，更難興修水利。
悠悠兩千載，清朝末年的黃土高原窮困如昔，看天吃飯，一遇天災，千裏枯骨。光緒元年“丁戍奇荒”大旱四年，光緒十二年汾河決堤，兩場天災幾乎滅絕汾河流域。民國初年太原城人口只有3萬人。1929年陜西大旱，兩百萬百姓成餓殍，全省大半田土拋荒。
然而，黃土實在是太肥沃了。只要稍有水利，就能創造奇跡。
歷史上屢次屯田的河套，清初水利荒廢，成為草原牧場。大批華北百姓到後套墾荒，有誌之士集資辦水利，開渠成風，雖然敗多勝少，但已使後套農業復蘇，自給自足。“丁戍奇荒”餓死千余萬人，兩千萬人逃荒，但後套“賴有渠水澆灌，人有積糧，無乏食逃亡者”。
挺過奇荒，開渠能手王同春自立門戶，於後套集資辦水利，前後50余年，獨力開成5大幹渠，270余條支渠，總長度4000余華裏，原本“風吹草低見牛羊”的河套草原成為沃野千裏大糧倉。關內田地以畝計算，河套的新沃土則以“頃”（100畝）計算，百萬華北老百姓“走西口”，到河套屯墾。
王同春不懂新科技，單憑經驗開渠。他在大雨天出門看雨水流向，在黑夜命人舉火把，登高觀察火光分布，就能勘測地勢高低，測繪出精確地形，神乎其技。1910年代觀測器材突飛猛進，一架經緯儀就能趕上50年開渠老經驗，引起水利建設熱潮。1931年，華洋義賑會籌集巨資，興辦引涇工程，由留德名家李儀祉領導，利用已經淤塞的白公渠故道開新渠。他耗時兩年，搜集涇河河谷的地質與水文資料，決定部分渠線使用鑿洞引水新法，再以經緯儀等最新觀測器材，測繪一萬分之一地形圖，測定開渠渠線。實際動工，則以“電力風鉆”開引水洞。費時僅一年半，即開成38.5公裏的涇惠渠，灌溉面積60萬畝，回到白公渠時代的富庶榮景。
前有王同春，後有李儀祉，開渠成為黃土大地的熱門產業。王同春發家的“老郭渠”，由富紳郭大義集合四位股東合開，短短27華裏的正渠，延展出65道支渠，總長200余公裏，澆田1700余頃，使郭大義成為河套首富。王同春自立門戶後更富有，在極盛時期，他個人擁有水澆田2.7萬頃，年收糧食7000余萬斤。相比之下，李儀祉在關中平原的故鄉蒲城縣，全縣一年糧食總產量7400萬斤。王同春一人的家業，相當於華北一個縣。開渠更能帶來巨大政治利益，河套稱水利管理社團為“公中”，大興水利後，掌握放水大權的“公中”成為隱形政府，沿渠數十村莊，都要服從號令。
在王同春與李儀祉的努力下，黃土高原邊緣的河谷平原漸成沃土，民眾受益，投資人發財，水利建設非常熱烈。在晉北大同盆地的朔平府（今朔州市），山陰與朔縣兩縣士紳組成3家公司，利用桑幹河與恢河開渠，建設十年，建成渠道灌溉70余村，成為塞上樂土。抗戰前夕，閻錫山曾計劃在此成立一座“模範城”。
但高原中心的土塬溝壑區，仍然看天吃飯。
閻錫山辦小水利黃土高原中心的土塬溝壑區，耕地分為三種。山頂為“原地”，沒有任何灌溉設施，收成看天意；山坡為“坡地”，水土流失，收成更無希望，只有開梯田層層截留雨水才能種田；而在河川邊的“川地”，雖然接近河流，但高原深處河流是雨水河，天邊一起黑雲，山洪立即暴發，川地反而危險。
陜西實業考察團記錄了1932年韓城縣田價：上等川地1畝價格可到100大洋，有山洪之險的下等川地一畝6到7元，上等原地20元，下等2元。只是韓城沒有開梯田，坡地不值錢。“下等之原地與坡地，當荒年時，以無力完糧之故，欲免價贈送於人，竟至無人接受。”
然而，免費送不出去的原地與坡地，土力未經開發，土壤甚至比河谷平原還要肥沃。“墾種谷菽，年年耕翻，使土壤飽受日光及空氣，有促進礦質分解作用。以是山荒土地，愈耕種愈肥沃。”
只要引水上山，黃土高原就是糧倉。1917年，山西省長閻錫山提出《厚生計劃》，為黃土高原水利打開新局面。
“山西十年九旱，每到無雨之際，官民束手無策。求之於天，不若恃之於人。”
閻錫山目光長遠，施政務實。他的治晉方針“六政三事”，第一要政就是水利。而且閻老西的建設構思，不止是單純的鑿井與開渠，更要引水上山。閻錫山認為，引水上山，只能靠農村自辦“普遍的、小規模的、鄉村式的”小水利。政府的職責，則是“以工業扶助農業”，提供水利機器。因此，《厚生計劃》的農業發動機是官辦機器廠。先辦“育才機器廠”培養技術員，再斥資108萬大洋辦“經濟機器廠”，大量生產機器，達到“每村十副機器”。
山西工業早年以兵工為重，機器小水利進展緩慢，水利建設停留在鑿井與開渠。直到中原大戰結束，閻錫山收起征伐雄心，全心全意辦民生工業，農村水利才大放異彩。1933年，閻錫山成立“西北實業公司”，以太原兵工廠的機臺為底子，一口氣開辦十余個機器廠，農村使用的小水利機器是各廠的重點產品。西北鑄造廠生產“生鐵管”“水泵”與“離心力抽水機”；西北農工器具廠生產“五吋口徑抽水機”與“一吋出水口水泵”；西北水壓機廠生產“五馬力電動機”“人力水泵”“電力水泵”“改良水車”與“1/3馬力電動機”；西北汽車修理廠則生產“自來水管”“水泵”“抽水機”與“柴油機”。
這些貌不驚人的小機器，正是改造黃土高原的利器。抽水機、水泵搭配電動機，可以離心力引水向上，灌溉坡地原地，而水管更是黃土高原急缺的灌溉利器。黃土高原竹林少，缺乏天然水管，也沒有足夠石材做石造水渠，有了生鐵管，辛苦泵水才能輸送上山。
鐵管甚至能使沙漠通水。在陜北榆林，陜西省建設廳計劃於沙漠邊緣的黑海子開挖幹渠，由榆溪河引水灌溉，但有1裏長的渠線必須通過沙漠，沙質疏松，無法存水。於是建設廳計劃鋪鐵皮管穿越沙漠。1華裏鐵管售價900大洋，價廉物美，必然來自山西，因為當時華北只有西北實業公司生產鐵管。
閻錫山的農村機器小水利，是改造黃土高原的奇策，務實可行。但要保住水利改良成果，還得要種樹。
1944年,哈裏森·福爾曼在陜北拍攝的農民耕作的影像。
種樹使家家小康、縣縣大富中國自古重視水土保持，保護森林。但森林占耕地，收益不如種糧食，法令稍弛，老百姓就會毀林。在山西崞縣，明末清初“自然林比比皆是，境內各大河流域之村莊，林木繁茂”。只是老百姓反而厭惡森林，學者趙新平回憶家鄉毀林舊事，頗為感慨：“鹹豐年間，本縣木材價格低廉，每條櫞在當地不過二三文，運到城鎮，也不過幾十文。工價腳價，入不敷出。產地居民不惜縱火燒山，毀林造田。每放一次，其火連日不熄，夜間火光達數十百裏，使大片森林化為灰燼。”
經歷戰亂的陜西，毀林狀況更為嚴重。陜西實業考察團留下觸目驚心的報告：“林政不修，斧斤濫伐，舊有之天然林，已成禿阜童山。水原既漸涸竭，氣候亦因幹燥。旱魃為虐，日甚一日，遂釀成前數年亙古未有之奇荒。雖未敢謂陜民靡有孑遺，亦岌岌達十室九空之境矣。”
閻錫山深知森林保護水土，為黃土高原的根本大政，他大力推廣造林。但要持之久遠，只有提倡高收益的經濟林，再幫老百姓算清楚種樹的利益，激起民眾種樹護林的熱誠。
“種樹……上算不上算，非由官廳代人民計算明白不可。如近年來果木大貴，核桃輸出尤多，一樹一年所產之價值，有多至七十余元者。其一畝種植之利益，較耕地所得之利益，可多數十倍。人民狃於目前之利，可耕之地，多不肯種樹。山地收獲不大之地，可盡力提倡。以十萬人，每年每人種樹兩株計，二十年後，有四百萬株之多。每樹一年收入五角，尚有二百萬之多，圖民富者，豈可忽略？”
晉東遼縣士紳種核桃樹致富，閻錫山親自撰文稱譽，通令全省百姓學習：“十年使一家富很難，一年使全省富很易……遼縣紳士王家彥，提倡種核桃樹，收效甚大。謂一株核桃樹，每年能收利七十元。余謂即以五角計算，全省已獲利無算。各縣茍能實行，縱奢侈如大同晉城，繁庶如新絳忻縣，每年所費，亦不過種核桃樹一項收入之利耳。”
閻錫山造林非常積極。在森林受到濫伐的崞縣，1918年森林面積2470畝，1932年已增加到6567畝。他的諄諄教誨產生效果，曾經視森林如糞土的崞縣老百姓，喊出“養兒不如種樹”，自發爭種樹木。果樹經濟利益最大，閻錫山統治時期，崞縣有梨樹20余萬棵，年產黃梨油梨1700萬公斤。經濟效益緩慢的材樹，老百姓也樂意種。“田邊、路邊、房前屋後、荒灘荒坡，植以榆、柳、楊、槐。少則十年，多則二十年，即可成材。或做梁柱、或做檁櫞、或自用建房、或出售補貼家用，都是很經濟合算的。”
相比之下，陜西種樹就慢多了。1931年陜西省建設廳的造林計劃，只推廣各縣苗圃與行道樹的官辦樹林，至於山區造林，只有華山風景林與渭灘保安林兩處。
閻錫山推動造林與農村小水利，喊出“家家小康，縣縣大富”的美好前景。在抗戰之前，山西一側的黃土高原欣欣向榮，但抗戰爆發，山西大部淪入戰火，黃土高原的改造大業半途而廢。