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毛乌素沙地作为我国四大沙地之一，生态环境比较脆弱，并且沙漠化等生态灾害频发。为了防治沙漠化，人工植被建植作为主要技术手段和措施被广泛应用于该地区。毛乌素沙地经过40多年的治理，形成了大面积的沙柳、杨柴和柠条等人工灌木林，并在植被恢复过程中出现的“风蚀破口”进行了不同补植模式的应用实践。然而，什么样的恢复措施、什么样的补植模式才是好的生态恢复，仍然缺乏系统研究。因此，本研究以毛乌素沙地人工建植的沙柳和杨柴灌木林为研究对象，从林龄和微地形方面，分析了毛乌素沙地植被恢复过程中人工灌木林群落变化特征和演替方向，构建了沙地植被恢复生态系统服务评价指标体系，分析了植被恢复过程中人工灌木林生态系统服务变化特征，并对植被恢复以及植被恢复过程中出现的“风蚀破口”的不同补植模式进行了评价，最终探讨了生态系统服务权衡与协同关系。本研究在丰富基于统计学方法对生态系统服务进行研究的同时，旨在为指导我国沙区植被恢复和退化恢复植被优化调控提供科学依据，同时也为制定区域发展与生态保护双赢政策提供参考。研究结果如下：
（1）随着造林年限的增加，沙柳和杨柴种群均在退化，其重要值也下降到造林34年和38年的0.8475和0.4994，群落向着油蒿群落正向演替，但是杨柴的演替速度更快些；群落演替后期草本层均出现了多年生禾草，群落趋于稳定。随着造林年限的增加，群落特征指标值增加，但飞播杨柴的提升速度较沙柳造林慢。微地形研究表明，杨柴个体大小随着坡位的下降呈明显的减小趋势；杨柴种群活力丘间低地最高，迎风坡次之，背风坡最差；演替进程上背风坡更快；此外，从立地条件来看，丘间低地的地上生物量、全氮和土壤含水量较高，迎风坡坡中的地上生物量和速效钾较高，背风坡坡上风蚀最大。
（2）以生物多样性、固碳调节、土壤肥力调节、涵养水源和防风固沙等5个生态系统服务类别为准则层，构建了沙地植被恢复生态系统服务评价指标体系，其中防风固沙权重最大，为0.42，生物多样性次之，为0.25，再次是涵养水源，为0.17。
（3）生态系统服务变化指数（ESCI）分析显示，随着造林年限的增加，沙柳和杨柴人工灌木林大部分生态系统服务增益显著；生物多样性和固碳调节在造林初期增益最快，且沙柳林增速快于杨柴林；土壤肥力调节在造林中段增益最为明显；涵养水源在沙柳林造林初期没有减损，而在杨柴林略有减损；沙柳和杨柴人工灌木林在造林初期防风固沙功能增效显著，并分别在造林23年和14年后能提供稳固的防风固沙功能。沙柳和杨柴人工灌木林各阶段可分为4类生态系统服务簇：①植被提供服务匮乏型；②水土保持保护型；③植物土壤保育型；④多功能型。微地形方面，坡中相比坡上，固碳调节、土壤肥力调节处于增益状态；坡下相比坡中，涵养水源和防风固沙处于增益状态；丘间低地相比坡下，全部处于明显的增益状态。此外，丘间低地相比迎风坡和背风坡均呈明显的增益状态；背风坡相比迎风坡，涵养水源和防风固沙增益，其它减损。
（4）随着造林年限的增加，沙柳和杨柴人工灌木林评价分值增高，且分别在造林8年和30年后与油蒿群落的得分相近。微地形结果表明，丘间低地的生态系统服务评价得分最高，其次为坡中，坡上和坡下略低，且迎风坡优于背风坡。对“风蚀破口”不同补植模式的评价结果表明，沙柳沙障的固碳能力、土壤肥力调节和防风固沙等效益恢复的最好，紫穗槐生物多样性恢复最好，樟子松人工林均最差；得分上，紫穗槐仅略低于沙柳沙障，可以继续推广，而相对于樟子松，乡土的沙柳更值得推广，该地区也更适合灌木林的营建。
（5）裸沙地土壤肥力调节与涵养水源为协同关系，土壤肥力调节在权衡中相对其它服务收益是以损耗生物多样性为前提的。油蒿群落固碳调节与土壤肥力调节、涵养水源三者之间存在协同关系，防风固沙和生物多样性在权衡中已达到相对饱和，均不再收益。随着林龄的增加，沙柳人工灌木林土壤肥力调节和涵养水源一直为协同关系，但仍以权衡为主，固碳调节在权衡中均不收益，生物多样性在权衡时收益开始增多并出现协同关系。随着林龄的增加，杨柴灌木林协同关系略有增加，但仍以权衡为主，规律基本一致，就是防风固沙均不收益，涵养水源均相对收益，只是权衡程度在降低，竞争在减小。微地形方面，协同关系的数量坡下＞坡中＞坡上和丘间低地，但防风固沙均不收益。不同坡向权衡和协同关系类似，只是背风坡权衡程度更高，竞争更激烈。此外，沙柳人工灌木林生物多样性和土壤肥力调节各自评估指标之间具有较高的相关性，杨柴人工灌木林所有多样性指数与单位面积生物量、土壤有机质、速效P和土壤含水量均呈显著正相关，而所有的指标与风蚀桩高度变化均呈负相关。
以上结果表明，杨柴人工灌木林相比沙柳人工灌木林可以更快的演替到油蒿群落，但是飞播杨柴提升群落生态效益的速度较沙柳造林慢。沙柳和杨柴造林初期以生物多样性、固碳调节和防风固沙增益为主，但是并没有过多的消耗土壤含水量，中期以土壤肥力调节为主，且沙柳和杨柴分别在造林23年和14年以后可提供稳固的防风固沙功能。此外，微地形对群落演替和生态系统服务产生了重要影响，在优化抚育时应根据功能需要分部位经营。整体上，人工促进毛乌素沙地植被恢复是成功的，但是在今后选择物种时应更多的考虑乡土灌木树种。
（1）随着造林年限的增加，沙柳和杨柴种群均在退化，其重要值也下降到造林34年和38年的0.8475和0.4994，群落向着油蒿群落正向演替，但是杨柴的演替速度更快些；群落演替后期草本层均出现了多年生禾草，群落趋于稳定。随着造林年限的增加，群落特征指标值增加，但飞播杨柴的提升速度较沙柳造林慢。微地形研究表明，杨柴个体大小随着坡位的下降呈明显的减小趋势；杨柴种群活力丘间低地最高，迎风坡次之，背风坡最差；演替进程上背风坡更快；此外，从立地条件来看，丘间低地的地上生物量、全氮和土壤含水量较高，迎风坡坡中的地上生物量和速效钾较高，背风坡坡上风蚀最大。
（2）以生物多样性、固碳调节、土壤肥力调节、涵养水源和防风固沙等5个生态系统服务类别为准则层，构建了沙地植被恢复生态系统服务评价指标体系，其中防风固沙权重最大，为0.42，生物多样性次之，为0.25，再次是涵养水源，为0.17。
（3）生态系统服务变化指数（ESCI）分析显示，随着造林年限的增加，沙柳和杨柴人工灌木林大部分生态系统服务增益显著；生物多样性和固碳调节在造林初期增益最快，且沙柳林增速快于杨柴林；土壤肥力调节在造林中段增益最为明显；涵养水源在沙柳林造林初期没有减损，而在杨柴林略有减损；沙柳和杨柴人工灌木林在造林初期防风固沙功能增效显著，并分别在造林23年和14年后能提供稳固的防风固沙功能。沙柳和杨柴人工灌木林各阶段可分为4类生态系统服务簇：①植被提供服务匮乏型；②水土保持保护型；③植物土壤保育型；④多功能型。微地形方面，坡中相比坡上，固碳调节、土壤肥力调节处于增益状态；坡下相比坡中，涵养水源和防风固沙处于增益状态；丘间低地相比坡下，全部处于明显的增益状态。此外，丘间低地相比迎风坡和背风坡均呈明显的增益状态；背风坡相比迎风坡，涵养水源和防风固沙增益，其它减损。
（4）随着造林年限的增加，沙柳和杨柴人工灌木林评价分值增高，且分别在造林8年和30年后与油蒿群落的得分相近。微地形结果表明，丘间低地的生态系统服务评价得分最高，其次为坡中，坡上和坡下略低，且迎风坡优于背风坡。对“风蚀破口”不同补植模式的评价结果表明，沙柳沙障的固碳能力、土壤肥力调节和防风固沙等效益恢复的最好，紫穗槐生物多样性恢复最好，樟子松人工林均最差；得分上，紫穗槐仅略低于沙柳沙障，可以继续推广，而相对于樟子松，乡土的沙柳更值得推广，该地区也更适合灌木林的营建。
（5）裸沙地土壤肥力调节与涵养水源为协同关系，土壤肥力调节在权衡中相对其它服务收益是以损耗生物多样性为前提的。油蒿群落固碳调节与土壤肥力调节、涵养水源三者之间存在协同关系，防风固沙和生物多样性在权衡中已达到相对饱和，均不再收益。随着林龄的增加，沙柳人工灌木林土壤肥力调节和涵养水源一直为协同关系，但仍以权衡为主，固碳调节在权衡中均不收益，生物多样性在权衡时收益开始增多并出现协同关系。随着林龄的增加，杨柴灌木林协同关系略有增加，但仍以权衡为主，规律基本一致，就是防风固沙均不收益，涵养水源均相对收益，只是权衡程度在降低，竞争在减小。微地形方面，协同关系的数量坡下＞坡中＞坡上和丘间低地，但防风固沙均不收益。不同坡向权衡和协同关系类似，只是背风坡权衡程度更高，竞争更激烈。此外，沙柳人工灌木林生物多样性和土壤肥力调节各自评估指标之间具有较高的相关性，杨柴人工灌木林所有多样性指数与单位面积生物量、土壤有机质、速效P和土壤含水量均呈显著正相关，而所有的指标与风蚀桩高度变化均呈负相关。
以上结果表明，杨柴人工灌木林相比沙柳人工灌木林可以更快的演替到油蒿群落，但是飞播杨柴提升群落生态效益的速度较沙柳造林慢。沙柳和杨柴造林初期以生物多样性、固碳调节和防风固沙增益为主，但是并没有过多的消耗土壤含水量，中期以土壤肥力调节为主，且沙柳和杨柴分别在造林23年和14年以后可提供稳固的防风固沙功能。此外，微地形对群落演替和生态系统服务产生了重要影响，在优化抚育时应根据功能需要分部位经营。整体上，人工促进毛乌素沙地植被恢复是成功的，但是在今后选择物种时应更多的考虑乡土灌木树种。