本研究采用空间代替时间序列的方法，以植被根系随演替时间推进在土壤中的垂直分布变化为纽带，系统地研究了黄土高原退耕草地演替过程中植被地上部分的群落结构与地下部分的根系及土壤的理化性状随演替时间的变化情况，并分析了演替过程中地上部分与地下部分的关系，以期能增进对退耕草地演替规律的了解，揭示退耕草地演替过程中植被与土壤变化的一般规律，为科学预测退耕还林效果，并为黄土高原天然草地植被恢复及人工草地建设提供理论依据。主要研究结论如下：　　 (1)采用系统聚类法将黄土高原植被演替过程划分为三个阶段：演替的第1～7年为演替前期，这段时间群落以一二年生植物为主，物种多样性较低；演替的第10～28年为演替中期，这一阶段群落的物种数较多，一二年生植物的物种数下降，多年生植物物种数上升，物种多样性较高；演替的第32～60年为演替的后期，这个阶段的物种数较演替中期有所下降，但植物的种类基本保持稳定，物种多样性较演替中期略有下降。　　 (2)植被的地上部分生物量在演替过程中呈分阶段的阶梯式上升趋势，演替前期，地上部分生物量数值相对较小，在演替的22～32年上升达到了第一个相对平稳的阶段；之后，在演替的40～60年上升达到第二个相对平稳的阶段。植被的根系生物量随演替时间也呈现分阶段的阶梯式上升趋势。在演替的第12～28年中，根系生物量出现第一个保持相对平稳的阶段，在演替的第32～60年根系生物量出现第二个保持相对平稳的阶段。植被的总生物量随演替时间逐渐上升。　　 (3)对比根钻法与分层挖掘法在根样采集中的差异，发现分层挖掘法得出的数据误差范围相对较小，且更能真实反映深层土壤的根系分布状况。采用挖掘法对不同演替阶段根系分布变化进行研究发现，无论是根系生物量还是根长密度与根表面积，在土壤中的垂直分布上均表现出良好的垂直分布特征，都呈现随土层的加深而数值逐渐变小的趋势，在随演替时间的变化上均表现为随演替时间推进而逐渐上升，并在演替后期保持相对平稳的趋势。　　 (4)与农地相比，退耕草地的土壤含水量有所下降，直到演替的第15年之后，70～150cm土层的土壤含水量才开始逐渐回升。土壤pH值与土壤容重随演替时间呈下降的趋势。土壤有机质、全氮及土壤碳氮比在演替前期均较农地有所下降，到演替的中后期才开始逐渐上升：土壤硝态氮含量随演替时间变化不大：铵态氮含量随演替时间有所下降；土壤速效钾随演替时间略有上升。在垂直分布上，除土壤pH值与容重外，各指标均表现为随土层加深而下降。　　 (5)综合分析退耕草地植被群落结构、根系分布与土壤在不同演替阶段的变化状况可知，在演替前期群落的物种多样性较低，植被生物量下降，土壤肥力下降，土壤有一定程度的退化；演替中期群落物种多样性增加，植被地上部分与根系生物量逐渐增加并有部分时间保持相对平稳，土壤肥力指标上升，表明这段时间的生态状况开始改善。而演替后期的群落物种多样性趋于稳定，地上部分与根系生物量达到第二个相对平稳阶段，土壤的各项指标也基本趋于平缓，说明这一阶段的退耕草地群落结构趋于稳定，生态环境已处于一个较为稳定的阶段。　　 (6)对植被地上部分与根系的相关性进行分析，发现植被的地上部分生物量与根系生物量、根系生物量与根长及根表面积之间有着极显著的相关性，求得到相应的回归方程，可对根系的长度与根表面积进行估算；基于根系生物量与土壤有机质含量及土壤全氮之间有着极显著的正相关关系，可得到根系生物量与土壤有机质及全氮的回归方程。这样就可以通过不同土层中根系的分别状况来预测土壤有机质与全氮的垂直分别状况。