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本论文依托国家“十五”科技攻关课题，采用生态系统定位研究法，针对青海大通高寒区退耕还林人工植被的恢复与重建，对退耕还林地的土壤理化性状变化、水分利用效率、生产力和生物多样性变化等生态效应进行了系统研究，探究了生态系统恢复过程中各因子的相互作用机理，对退耕还林还草植被建设提供了科学依据，在理论研究和生产实践中具有重大意义。在0～20cm土层，淋溶棕褐土总孔隙度、毛管孔隙度和最小持水量随退耕还林年限增长其变化规律基本一致，呈不规则的“S”型曲线；有机质和碳的变幅以农耕地、退耕18a和32a天然林最大，呈“V”型变化；土壤C／N趋于减小，表明在退耕还林地上土壤氮素供应充足。随退耕还林年限增长，0～20cm土壤中<1mm根密度由农耕地(0年)的平均0．46根／cm~3提高到18a退耕林地的11．19根／cm~3，随之土壤抗冲性提高了3．57倍，抗冲性强化值升高了71．98％；稳渗速率总排序为32a天然林>退耕18a人工林>退耕5a人工林>退耕1a人工林>农耕地。在0～20cm土层，土壤密度与全氮、碳含量负相关，与粘粒含量正相关，而在20～40cm土层，土壤密度与全氮、碳含量和粘粒含量均呈极显著正相关。当各种外应力侵蚀土壤时，对土壤的损伤随侵蚀深度加深而加重；由于土壤粘粒与全氮、碳含量正相关，土壤粘粒减少导致土壤的氮素衰减和稳定性降低。通过Li-1600稳态气孔仪测定植被的蒸腾过程，得出6种植被日平均蒸腾量顺序：小麦(0．405mm／h·cm~2)>青杨(0．256mm／h·cm~2)>白桦(0．242mm／h·cm~2)>中国沙棘(0．115mm／h·cm~2)>华北落叶松(0．045mm／h·cm~2)>青海云杉(0．029mm／h·cm~2)；小麦、18a华北落叶松林和32a青海云杉天然林蒸腾量已接近当地平均潜在蒸散量，约占80．5％～95．0％；幼龄的青杨+白桦和青海云杉+中国沙棘人工林相对较小，只占潜在蒸散的52．8％～66．8％。各月蒸腾量顺序为：8月>7月>9月>6月>5月>10月，7～9月蒸腾总量可达生长季蒸腾量的70％～80％。采用Thornthwaite和Miami模型对气候生产潜力进行了计算，其中Miami降水模型结果更接近当地现实生产力水平，但温度模型生产力值偏大，而Thornthwaite计算结果偏小。1998～2005年当地气候生产潜力的理论值平均为8436．900 kg／hm~2·a。平均水分利用效率顺序依次为：32a青海云杉天然林(89．4％)>小麦(87．2％)>退耕18a华北落叶松(85．6％)>退耕5a青海云杉+中国沙棘(53．1％和57．1％)>退耕1a青杨+白桦(30．5％和26．5％)。乔、灌、草层的Gleason丰富度指数、物种多样性依次递增，即：草本层>灌木层>乔木层；而物种优势度、均匀度以乔木层>灌木层>草本层最低。不同配置模式和林龄的群落学特征呈现明显差异，以农耕地和32a青海云杉天然林丰富度、多样性指数较低；优势度和均匀度以32a青海云杉天然林最大。综合考虑林木生长情况、水分利用效率、生产力以及群落演替规律等，在退耕还林中建议选择青海云杉、青杨和白桦，营造人工混交林，以缩短群落演替进程，提高生态经济效应。