土壤退化是森林生态系统退化的重要标志。通过恢复和重建植被，提高植物群落改善土壤肥力及防治水土流失，是修复退化生态系统的主要措施。土壤肥力的改善、减少水土流失与植物群落结构的恢复过程表现为协同增强的效应，开展植物群落结构及相关生态过程关系的研究已经成为修复退化生态系统的重要科学问题。该研究以滇中地区五种不同恢复阶段的植被——荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林、次生常绿阔叶林及桉树林为研究对象，结合野外调查及相关生态过程观测，以群落结构为基础，以生态过程为纽带，探讨各类植被对土壤物理及化学性质及水文过程的恢复效应，分析在植被恢复过程中群落结构变化与各界面的水文过程、土壤性质之间的关系。主要结果如下。　　 (1)在植被恢复过程中，植物群落结构及其变化存在明显的差异性。群落物种组成及聚类分析的结果表明：荒坡灌草丛、云南松林、针阔混交林及次生常绿阔叶林依次为地带性植被——半湿润常绿阔叶林在恢复演替过程中的不同阶段，其中荒坡灌草丛为演替的初始阶段，垂直分层结构不明显；随演替阶段的推进，物种组成、群落结构逐渐向地带性植被半湿润常绿阔叶林发展；在此过程中，物种丰富度增大、群落垂直分层更加明显、植被覆盖度上升、植物多样性指数呈增加趋势；桉树林物种组成单一，结构简单，根据群落发展条件分析认为，它很难通过自然演替到达到地带性顶极群落；自然演替恢复的植被类型物种多样性水平高于人工辅助更新的桉树林。　　 在群落恢复演替过程中，随着物种数的增加，群落的数量特征也呈现明显的变化。在0.2～2.5m地上垂直空间中，个体密度及基部面积随演替推进不断增大，但平均树高及盖度在该层中与物种数的关系不明显；在2.5～5m地上垂直层次间，个体密度、基部面积及盖度都随物种数的增多而增大，平均树高呈现相对稳定态势；在＞5m地上层次中，个体密度、基部面积及盖度随物种数的增加而增大，但平均高度则呈下降趋势。　　 (2)在植被恢复过程中，群落结构的改变引起群落内水文动态发生变化。对群落中各种植物物种枝、叶吸附水量研究表明，常绿阔叶树种的吸附水量(率)高于落叶阔叶树种，物种组成丰富的群落对降雨的吸附能力显著高于物种单一的人工林；多场降雨下林冠截留的观测分别表明，次生常绿阔叶林林冠截留量最高，其它顺序针阔混交林＞云南松林＞桉树林。　　 滇中地区林冠截留量与降雨的关系模型为对数模型I=a×LnP+b(I为林冠截留量，P为降雨量，a、b为模型参数)。林冠截留随群落数量特征如物种多样性指数、盖度、叶面积指数增加而增大；其中，群落中两个垂直层(2.5～5m层和＞5m层)中的物种数、个体密度、盖度显著影响林冠截留量。　　 桉树林、次生常绿阔叶林、云南松林、针阔混交林凋落物实测蓄积量分别为2.69、2.41、2.23、2.00t/hm2，相应凋落物层的蓄水量分别为2.48、3.70、3.25、2.52t/hm2，物种组成单一的群落由于凋落物层枝叶组成单一致使涵养水的能力不及物种组成丰富的植物群落；2003～2007年各植被类型月平均及年平均地表径流量、土壤侵蚀量、营养元素流失量表现桉树林＞云南松林＞荒坡灌草丛＞针阔混交林＞次生常绿阔叶林；桉树林、云南松林、荒坡灌草丛、针阔混交林及次生常绿阔叶林年平均土壤侵蚀量分别为141.6、55.8、15.0、13.8、0.3kg/hm2；在自然演替过程中，群落结构的复杂化使其控制水土流失的能力不断增强。　　 不同群落条件下土壤剖面的水分含量呈现季节性变化，并因群落结构不同变化特征也不同。一般情况下，10～30cm土层的平均含水量随土层深度增加而降低，40～100cm土层的平均含水量随土层深度增加而增加；土壤含水量在雨季随降雨量增加而增加。土壤剖面水分含量的变异系数因植被类型、群落结构、物种组成的差异性不同而不同，其中群落结构类型的差异导致30cm土壤层水分含量的变异系数最大值达到81.3％，表明群落结构对该层土壤水分含量影响最大。　　 土壤水分入渗研究发现，饱和导水率在不同植被类型中的大小顺序为：次生常绿阔叶林＞针阔混交林和荒坡灌草丛＞云南松林＞桉树林，其值分别为0.64、0.52、0.52、0.20、0.14mm/min；到达稳渗率的时间为云南松林和桉树林高于其它植被类型。滇中地区土壤入渗过程符合Horton入渗模型。在演替过程中，随群落结构复杂程度的升高，土壤容重下降，总孔隙度及有机质含量递增；土壤入渗与土壤容重成负相关关系，与总孑隙度及有机质含量成正相关关系。　　 (3)恢复演替不同阶段的群落对土壤肥力恢复能力不同。在一年四个不同的雨旱期内(旱雨交替、雨季、雨旱交替、旱季)，土壤中全氮、全磷、全钾、有效氮、有效磷、有效钾、有机质含量都是次生常绿阔叶林高于其它植被类型。对各植被类型的土壤剖面0～30、30～60、60～90cm层中有效氮、有效磷、有效钾、有机质及C/N的年变异系数研究表明：在各个土壤剖面中有机质的变异系数为云南松林最高，其值分别为52％、50％、57％；桉树林和云南松林的C/N年变异系数高于其它植被类型；有效磷在0～30cm土壤层为荒草坡变异系数最大其值为57％，在30～60cm土壤层为云南松林变异系数最大其值为50％，在60～90cm土壤层中云南松林和桉树林的变异系数低于其它植被类型；有效钾在0～30cm土壤层中荒坡灌草丛变异系数最高其值为28％，在30～60cm和60～90cm土壤层中都是云南松林及桉树林的变异系数高于其它植被类型其值都超过23％；有效氮在0～30cm土壤层中仍是桉树林及云南松林的变异系数高于其它植被类型。土壤肥力指数大小顺序为：次生常绿阔叶林＞针阔混交林＞荒坡灌草丛＞云南松＞桉树林，其值分别为33％、29％、28％、27％、25.5％。植物物种组成及群落结构越复杂，林下土壤有效态营养元素年变异系数越小，土壤营养状态越稳定。　　 植物群落结构中优势物种各器官中营养元素含量及其生物量中营养元素的贮存量，是影响土壤肥力恢复的重要因素。不同植物体内营养元素的转移率存在明显差异，其中滇青冈叶中磷元素的转移率最低，为20％，史密斯桉叶中磷元素转移率超过55％；史密斯桉叶中氮营养元素转移率最高，值为68％，其次为云南松林云南松，值为61％；史密斯桉叶中钾营养元素转移率最高，值为68％，而云南松林及针阔混交林中云南松叶中钾元素转移率最低，值为30％。优势物种生物量中氮、磷、钾营养元素贮存总量的大小顺序为：桉树林＞云南松林＞针阔混交林＞次生常绿阔叶林＞荒坡灌草丛。分析认为叶中营养元素的高转移率及生物量中营养元素的高贮存量不利于土壤肥力的改善。