土地的不合理利用导致了一系列的生态问题，积极实施退耕还林、天然林保护等工程，调整土地利用结构，恢复植被，已成为改善黄土丘陵沟壑区生态环境的迫切需要。为探索黄土高原土石山区植被建设结构配置以及低产林改造措施合理性问题，为该区植被建设树种配置和解决实际生产问题提供理论和技术依据。应用恢复生态学、森林水文学、森林经理学研究方法，对黄土丘陵(土石山)区实施退耕还林、天然林保护等工程后植被的生物多样性、水文功能及其相关性特征开展了研究。主要研究内容与研究结论： 1、植物群落演替过程的生物多样性特征 (1)群落顺向演替过程中，优势种由阳性植物种向阴性植物种演变 随着演替的进展，群落的优势种组成发生了较大的变化，呈现以下变化特点：草本层：黄花蒿、羊胡子草→茵陈蒿→羊胡子草、玉竹、唐松草→羊胡子草→羊胡子草、堇菜，羊胡子草始终贯穿与演替过程，表现出的生长环境极强的适应性；灌木层：落叶松→辽东栎→西北枸子、绣线菊→西北枸子；乔木层：落叶松→白桦→白桦、辽东栎、元宝枫。乔灌草群落层优势种均表明为，随着群落顺向演替的进展，优势植物种由阳性植物种向耐阴性植物种演变。 (2)群落演替过程中不同生长型多样性指数的变化趋势有所差异 乔木层与灌木层的多样性指数、均匀度指数和丰富度指数变化趋势在演替过程中变化大致相似。草本层的生物多样性指数、均匀度指数和丰富度指数随着演替过程的进行，呈现下降的态势，在群落整体中的地位不断的被弱化。 (3)影响群落演替多样性的主导因子，一类是均匀度因子，一类是丰富度因子 对不同演替阶段影响多样性指数做的主成分分析结果表明，第一主成分与Simpson指数、Shannon-Wiener指数以及均匀度指数(Peilou指数和Alatalo指数)有较大的正相关关系。第二主成分与丰富度指数有很大的正相关。可以将影响群落演替多样性的因子分为两类，一类是多样性一均匀度因子；一类是丰富度因子。 2、植物群落演替过程中林地土壤水文特征 (1)植物群落顺向演替过程中，土壤容重逐渐减小 随着植物群落的顺向演替，植物群落的土壤容重逐渐减小，各个演替阶段植物群落的土壤容重均小于演替的初始阶段(退耕地阶段)。针阔混交林阶段(V)和阔叶混交林阶段(VI)的土壤容重最小，明显小于其它其他演替阶段。 (2)植物群落顺向演替进程中，土壤孔隙度明显改善，林地涵养水源能力增强 对各演替阶段试验样地0-40cm土层贮水量分析比较表明，在植物群落顺行演替过程中，各阶段的土壤孔隙度和贮水量均大于演替阶段I。其中，吸持贮水量和滞留贮水量均随着植物群落顺行演替而不断提高。表明随着植物群落顺行演替，森林生态系统的结构不断优化，林分成分变得比较复杂，物种丰富度和多样性指数增大，森林生态系统改善土壤结构的功能不断加强，从而使森林群落的土壤孔隙状况和贮水能力得到较大改善，可以显著提高林地土壤的蓄水能力和涵养水源功能。 (3)植物群落顺向演替促进了土壤水分下渗速率，减少了地表径流产流量 在演替阶段越趋向于高级群落，植物群落提高土壤入渗性能的作用愈强。而且以成分复杂的群落高于成分单纯的群落。 对演替进程中不同演替阶段的土壤初渗率、稳渗率进行方差分析和多重比较检验。结果显示，对于初渗速率而言，演替阶段I、演替阶段II与演替阶段V、VI的差异显著；对稳渗速率而言，演替各个阶段之间的差异极显著。表明不同演替阶段之间的入渗速率差异显著。 利用4种入渗模型对研究区不同植物群落演替阶段土壤入渗过程的拟合结果表明，霍顿模型能较好的反映本研究区域的土壤入渗过程，比较适用于描述本研究区域森林群落演替过程中土壤的入渗特征。而利用非利普、考斯加考夫模型和通用幂函数经验公式拟合的稳渗速率与实际值有较大偏差。 (4)封禁保护、退耕还林等林业生态工程促进了植物群落的顺向演替进程 在项目区实施的天然次生林保护、退耕还林还草等林业生态工程促进了植物群落的顺向演替进程，使植物群落演替朝着有利于环境改善的方向演替，也使植物群落结构趋于优化，林地土壤水文特征也朝良性方向发展。 植物群落结构与水文功能存在密切关系，在植物群落演替的不同阶段土壤水文特征变化规律与地上植被结构变化存在一致趋势，相关分析表明，林地水文功能与群落物种丰富度之间存在明显的相关关系，群落物种丰富度越高，林地水文功能越强。说明群落物种丰富度，是反映生态系统结构退化(或恢复)的重要指标。 3、华北落叶松低产林改造措施及其生长效应 (1)不同抚育措施对华北落叶松林木生长过程有较大影响 对低产低效林改造工程区的华北落叶松林分别采取了强度间伐(间伐强度为50％)、弱度间伐(间伐强度为30％)、林下除灌和封禁保护四种改造措施，四种不同改造措施对华北落叶松的树高、胸径以及单株材积生长具有比较明显不同的影响效果。 (2)不同人工抚育措施对林木林木胸径分布特征的影响作用差别较大 4种不同抚育措施林分的林木株数按径阶分布曲线具有较大差别。B林分(弱度间伐)的直径结构和密度结构明显优于其他3种林分。A林分(强度间伐)直径分布曲线的顶峰右偏过大，表明间伐强度过大，造成林分密度过低，林地资源利用率低。C(封禁保护)、D(林下除灌)林分直径分布曲线的顶峰左偏，说明林分密度过高。加之小径材数量过多，在生产上用处不大，也与实际生产的目的不符。 B林分的直径分布可以认为符合正态分布。林木的平均胸径为8.25cm，林分直径结构和密度结构比较合理，可以将B林分的间伐强度作为研究区华北落叶松低产低效林改造的参考间伐强度。 (3)低产低效华北落叶松林改造适宜密度约为2450株·hm-2 在研究区立地环境下，对华北落叶松低产低效人工林改造在10～12年生时最适宜，间伐改造适宜密度大约在2450株·hm-2，若不考虑前期采伐利用，这一密度值可以作为人工造林的初植密度(株行距可以在2.0×2.0m或1.5×2.5m左右。