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植被恢复是冀北山区退化土地修复、保持水土的重要途径。土壤生态环境变化是评价其恢复效益的主要内容。为研究冀北山区植被恢复对土壤生态环境的影响，本文以冀北山区3种自然植被恢复类型（灌草丛、灌木林和次生林）和人工林为研究对象，坡耕地为对照，在野外调查和采样基础上，通过常规试验法测定土壤基本理化性质;通过高通量测序分析土壤细菌多样性、群落结构组成，以及与环境因子的关系;吸管法和传统筛分法进行土壤分级后，通过有机碳组分法测定各粒径团聚体有机质组分含量及对总机碳的贡献率，依据矩法、分形和客观赋值法等数学理论，分析土壤颗粒和团聚体组成及分布特征，并构建土壤抗蚀性综合评价指标体系，进行多因子土壤抗蚀性综合评价。系统地研究了植被恢复后土壤理化性质、细菌群落结构及多样性、抗侵蚀性能、团聚体固碳能力变化规律及其对不同植被恢复类型的响应。主要结果如下:
(1)植被恢复后土壤容重降低，孔隙度增加，持水能力提高，土壤肥力得到显著改善。不同植被恢复类型土壤孔隙度和持水量、土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量均为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地，土壤容重与之相反。各恢复类型土壤N/P无显著差异，氮对植物生长的制约作用基本一致。土壤C/N和C/P有显著差异，大小顺序为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地，碳和磷为限制该区植物生长的指标。
(2)各恢复类型细菌α多样性差异显著，次生林土壤细菌丰度和多样性均最高，灌草丛丰度最低，人工林多样性最低。不同根际范围土壤细菌α多样性差异不显著，整体表现为根面和根际土高于非根际土。次生林和人工林土壤细菌群落结构有一定相似性;次生林与灌草丛、灌木林土壤细菌群落结构差异较大。根际土与非根际土细菌群落结构有一定相似性，根面土与根际、非根际土细菌结构差异较大。变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门为优势类群。各样地有机质分解菌群（变形菌门、放线菌门和拟杆菌门）丰度差异显著，灌草丛和次生林显著高于其它样地，根面和根际土显著高于非根际土。固碳和固氮菌群（芽单胞菌门和厚壁菌门）分布较均匀。土壤田间持水量、有机碳和全磷、植被分布均匀度、Simpson多样性指数和丰富度指数是影响土壤细菌群落的主要因素。土壤因子（田间持水量、有机碳和全磷）对灌木林和灌草丛非根际土细菌影响极显著，对根面和根际土细菌作用较小;植被因子（植被分布均匀度、Simpson多样性指数和丰富度指数）对乔木树种（次生林和人工林）不同根际范围土壤细菌群落影响均达到极显著水平。新陈代谢功能在KEGG上的编码基因数量最多，是土壤细菌的优势功能。各土样细菌群落KEGG功能基因序列数量和多样性差异显著，说明各植被恢复类型根际土壤中有许多具有各自独特功能的菌种，但土壤和植被不能决定土壤细菌功能多样性。
(3)不同植被恢复类型土壤团聚体总TOC含量在6.01g/kg～43.70g/kg间。团聚体微生物量碳(MBC)含量在331.00mg/kg～491.00mg/kg间，占土壤总TOC含量的2.44％;团聚体轻组有机碳(LFOC)含量在0.89g/kg～21.53g/kg范围内，约占土壤总TOC的34.21％;团聚体颗粒有机碳(POC)在1.11g/kg～15.92g/kg之间，约占土壤总TOC的19.86％。土壤总TOC与团聚体有机碳TOC、LFOC和POC极显著正相关(p＜0.01)，与团聚体MBC显著正相关(p＜0.05)。不同植被恢复类型团聚体均值有机碳及组分均为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地（MBC除外），MBC为灌木林＞次生林＞灌草丛＞坡耕地＞人工林。各植被恢复类型团聚体有机碳及其组分随团聚体粒径的增加而增多，＞5mm团聚体有机碳及组分含量最高。灌草丛、人工林和坡耕地不同粒级团聚体有机碳及组分对总TOC的贡献率呈“V”形分布，由大至小为＞5mm、＜0.25mm、0.25～2mm、2～5mm，灌木林和次生林各粒级团聚体有机碳及组分对土壤总有机碳的贡献率由大至小依次为＞5mm、0.25～2mm、＜0.25mm、2～5mm。不同植被恢复类型均为＞5mm团聚体有机碳及组分对总TOC的贡献率最大，2～5mm团聚体有机碳及组分对总TOC的贡献率最小。即＞5mm团聚体有机碳及组分含量及贡献率均最大，＜0.25mm团聚体有机碳及组分含量最少，但对总TOC贡献率较大，2～5mm团聚体有机碳及组分含量较多，但对总TOC贡献率较大。
(4)相关性分析结果表明土壤侵蚀程度与土壤理化性质、土壤细菌群落多样性、土壤结构以及团聚体有机碳组分密切相关。土壤抗蚀性指数与土壤孔隙性和持水量、土壤总TOC、TN、TP及团聚体TOC、LFOC和POC含量、黏粒和大团聚体含量、土壤颗粒和团聚体分布状况、团聚体稳定性极显著正相关，与粉粒、团聚体MBC含量以及土壤细菌多样性显著正相关，与砂粒和小团聚体含量极显著负相关，与土壤容重显著负相关。植被恢复后粉黏粒和大团聚体含量均有不同程度增加，粗砂粒和小团聚体含量减少，土壤颗粒群体特征和级配状况、团聚体分布状况（分散度减少，优势粒径团聚体集中度增加）有所改善，土壤团粒结构稳定性增强，抗蚀性综合指数增加。4种植被恢复类型土壤结构特征整体改良效果强弱排序为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地。灌木林和次生林土壤黏粒(28.48％，25.49％)和大团聚体含量(78.02％,73.01％)极显著增加(p＜0.01)，土壤颗粒群体特征、级配状况(Gu＞5，1＜Cs＜3)和团聚体稳定性极显著改善;灌草丛可显著增加土壤粘粒(25.49％)，有效改良土壤颗粒分布状况(Cu＞5，1＜Cs＜3)，并提高团聚体稳定性。与坡耕地比，人工林可提高团聚体稳定性，但对土壤结构其它方面改良效果不显著。各植被恢复类型下土壤团聚体峰凸系数和偏倚系数均为负值，土壤分散程度大、优势粒径团聚体不明显，植被恢复增加优势团聚体含量、改善该区土壤团聚性差、分散性强的状况是一个较为漫长的过程。受土壤性质影响，自然恢复的灌木林土壤抗蚀性指数最大，其它依次次生林、灌草丛和人工林，坡耕地土壤抗蚀性指数最小。各植被恢复类型不同坡位土壤抗侵蚀能力基本表现为随坡位的降低，土壤抗蚀性指数增加。灌木林、次生林和灌草丛坡面土壤抗蚀性变化幅度较小。人工林中下部抗蚀性变化幅度较小，中上部抗蚀性变化幅度较大，坡耕地抗蚀性指数随坡位的上升呈直线急剧下降。
(1)植被恢复后土壤容重降低，孔隙度增加，持水能力提高，土壤肥力得到显著改善。不同植被恢复类型土壤孔隙度和持水量、土壤有机碳(TOC)、全氮(TN)、全磷(TP)含量均为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地，土壤容重与之相反。各恢复类型土壤N/P无显著差异，氮对植物生长的制约作用基本一致。土壤C/N和C/P有显著差异，大小顺序为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地，碳和磷为限制该区植物生长的指标。
(2)各恢复类型细菌α多样性差异显著，次生林土壤细菌丰度和多样性均最高，灌草丛丰度最低，人工林多样性最低。不同根际范围土壤细菌α多样性差异不显著，整体表现为根面和根际土高于非根际土。次生林和人工林土壤细菌群落结构有一定相似性;次生林与灌草丛、灌木林土壤细菌群落结构差异较大。根际土与非根际土细菌群落结构有一定相似性，根面土与根际、非根际土细菌结构差异较大。变形菌门、放线菌门、拟杆菌门、酸杆菌门、芽单胞菌门和厚壁菌门为优势类群。各样地有机质分解菌群（变形菌门、放线菌门和拟杆菌门）丰度差异显著，灌草丛和次生林显著高于其它样地，根面和根际土显著高于非根际土。固碳和固氮菌群（芽单胞菌门和厚壁菌门）分布较均匀。土壤田间持水量、有机碳和全磷、植被分布均匀度、Simpson多样性指数和丰富度指数是影响土壤细菌群落的主要因素。土壤因子（田间持水量、有机碳和全磷）对灌木林和灌草丛非根际土细菌影响极显著，对根面和根际土细菌作用较小;植被因子（植被分布均匀度、Simpson多样性指数和丰富度指数）对乔木树种（次生林和人工林）不同根际范围土壤细菌群落影响均达到极显著水平。新陈代谢功能在KEGG上的编码基因数量最多，是土壤细菌的优势功能。各土样细菌群落KEGG功能基因序列数量和多样性差异显著，说明各植被恢复类型根际土壤中有许多具有各自独特功能的菌种，但土壤和植被不能决定土壤细菌功能多样性。
(3)不同植被恢复类型土壤团聚体总TOC含量在6.01g/kg～43.70g/kg间。团聚体微生物量碳(MBC)含量在331.00mg/kg～491.00mg/kg间，占土壤总TOC含量的2.44％;团聚体轻组有机碳(LFOC)含量在0.89g/kg～21.53g/kg范围内，约占土壤总TOC的34.21％;团聚体颗粒有机碳(POC)在1.11g/kg～15.92g/kg之间，约占土壤总TOC的19.86％。土壤总TOC与团聚体有机碳TOC、LFOC和POC极显著正相关(p＜0.01)，与团聚体MBC显著正相关(p＜0.05)。不同植被恢复类型团聚体均值有机碳及组分均为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地（MBC除外），MBC为灌木林＞次生林＞灌草丛＞坡耕地＞人工林。各植被恢复类型团聚体有机碳及其组分随团聚体粒径的增加而增多，＞5mm团聚体有机碳及组分含量最高。灌草丛、人工林和坡耕地不同粒级团聚体有机碳及组分对总TOC的贡献率呈“V”形分布，由大至小为＞5mm、＜0.25mm、0.25～2mm、2～5mm，灌木林和次生林各粒级团聚体有机碳及组分对土壤总有机碳的贡献率由大至小依次为＞5mm、0.25～2mm、＜0.25mm、2～5mm。不同植被恢复类型均为＞5mm团聚体有机碳及组分对总TOC的贡献率最大，2～5mm团聚体有机碳及组分对总TOC的贡献率最小。即＞5mm团聚体有机碳及组分含量及贡献率均最大，＜0.25mm团聚体有机碳及组分含量最少，但对总TOC贡献率较大，2～5mm团聚体有机碳及组分含量较多，但对总TOC贡献率较大。
(4)相关性分析结果表明土壤侵蚀程度与土壤理化性质、土壤细菌群落多样性、土壤结构以及团聚体有机碳组分密切相关。土壤抗蚀性指数与土壤孔隙性和持水量、土壤总TOC、TN、TP及团聚体TOC、LFOC和POC含量、黏粒和大团聚体含量、土壤颗粒和团聚体分布状况、团聚体稳定性极显著正相关，与粉粒、团聚体MBC含量以及土壤细菌多样性显著正相关，与砂粒和小团聚体含量极显著负相关，与土壤容重显著负相关。植被恢复后粉黏粒和大团聚体含量均有不同程度增加，粗砂粒和小团聚体含量减少，土壤颗粒群体特征和级配状况、团聚体分布状况（分散度减少，优势粒径团聚体集中度增加）有所改善，土壤团粒结构稳定性增强，抗蚀性综合指数增加。4种植被恢复类型土壤结构特征整体改良效果强弱排序为灌木林＞次生林＞灌草丛＞人工林＞坡耕地。灌木林和次生林土壤黏粒(28.48％，25.49％)和大团聚体含量(78.02％,73.01％)极显著增加(p＜0.01)，土壤颗粒群体特征、级配状况(Gu＞5，1＜Cs＜3)和团聚体稳定性极显著改善;灌草丛可显著增加土壤粘粒(25.49％)，有效改良土壤颗粒分布状况(Cu＞5，1＜Cs＜3)，并提高团聚体稳定性。与坡耕地比，人工林可提高团聚体稳定性，但对土壤结构其它方面改良效果不显著。各植被恢复类型下土壤团聚体峰凸系数和偏倚系数均为负值，土壤分散程度大、优势粒径团聚体不明显，植被恢复增加优势团聚体含量、改善该区土壤团聚性差、分散性强的状况是一个较为漫长的过程。受土壤性质影响，自然恢复的灌木林土壤抗蚀性指数最大，其它依次次生林、灌草丛和人工林，坡耕地土壤抗蚀性指数最小。各植被恢复类型不同坡位土壤抗侵蚀能力基本表现为随坡位的降低，土壤抗蚀性指数增加。灌木林、次生林和灌草丛坡面土壤抗蚀性变化幅度较小。人工林中下部抗蚀性变化幅度较小，中上部抗蚀性变化幅度较大，坡耕地抗蚀性指数随坡位的上升呈直线急剧下降。