人工造林是黄土高原地区退化生态系统修复重建的重要措施。但该地区人工林木存在生长缓慢、死亡率高、自然更新障碍且群落稳定性差的问题,导致了人工林生态服务功能的降低和不可持续性。从生物学角度研究人工林群落的组成结构特征,揭示其难以自然更新的原因,找出影响其群落稳定性的关键因素,是解决上述问题的重要前提,也是维持人工林群落可持续发展的基础。刺槐,外源物种,具有良好的耐旱性,是黄土高原造林面积最大的代表树种之一。本研究以人工刺槐林为例,使用空间代替时间法研究了其群落组成结构、土壤结构功能;分析了刺槐的更新能力,同时根据群落、土壤和环境指标探讨了影响更新的主要因素;最后以群落结构组成、林下土壤特性、刺槐更新能力等实际研究结果和环境因子为依据,筛选并构建了人工刺槐林稳定性评价指标体系,对人工刺槐林群落稳定性进行综合评价,同时,对3种森林稳定性常用评价方法用于人工刺槐林的评价效力进行比较,为今后人工植被稳定性定量研究提供依据。本研究主要结果如下:1、黄土高原人工刺槐林下物种丰富,调查发现被子植物96种,分别属于31科,和73属。林下植物科、属、种的数量均随着造林年限的增长表现为上升趋势;科、属、种的变异程度表现为空间大于时间,且均表现为科<属<种;木本植物重要值最大的为悬钩子(Rubus corchorifolius),草本植物重要值最高为狗尾草(Setaria viridis);林下植物多样性随林龄增长而增加,随海拔增高而下降;多样性指数阴坡大于阳坡,与纬度无显著响应关系;6种多样性指数均具有较大变异,丰富度整体变异最大。2、人工刺槐林群落垂直结构简单,无明显多层化现象,乔木单层,灌木稀少不成层,草本分布不均;水平结构异质性强,其格局整体依赖于上层乔木分布格局,林下灌木和草本稀少且分布不连续,群落水平异质性大,斑块化明显。林下物种间生态位重叠与种间联结存在差异。3、刺槐造林影响土壤的结构、肥力效应和养分含量。刺槐造林后,土壤容重降低;土壤0~40cm含水率提高;随着林龄的增长,大粒径团聚体比例减少,微团聚体比例增加;0~40cm层土壤有机碳和全氮含量随着林龄增长而上升。造林能提高土壤养分、土壤速效养分含量和酶活性水平。刺槐造林提高土壤速效养分含量,DOC(可溶性有机碳)和DON(可溶性有机氮)提高明显。造林后土壤酶活性增加,且表现出显著的季节性变化,本研究关注的4种酶活性峰值都出现在6月。蔗糖酶在人工刺槐林土壤恢复碳氮协同作用中扮演着重要的角色。4、黄土高原人工刺槐不论是有性繁殖还是无性繁殖,在无人工辅助的近自然条件下均不良,幼苗密度仅为480株/hm~2;种子千粒重16.97g(±1.19 g),明显低于国内和世界已报道的其他地区。种子质量低下的主要原因是土壤干旱缺水。随着刺槐林龄的增加,种子重量持续降低。5、黄土高原人工刺槐林实生苗数量大于萌生苗,但实生苗随着基径增长,数量损失严重,而萌生苗数量稳定,表明萌生苗在黄土高原地区更容易生长和存活。本研究发现,导致黄土高原地区人工刺槐更新稀少的主要原因是土壤水分与有效养分的缺乏和地表其他植物的竞争。刺槐幼苗空间分布格局研究结果表明,无论是有性繁殖还是无性繁殖个体在小尺度内有聚集分布的现象。6、黄土高原人工刺槐林群落稳定性较差,具体表现为群落结构简单、更新差、土壤含水率低以及土壤养分恢复水平低;且群落稳定性在造林40年后开始快速下降;隶属函数法与基于主成分分析的综合评价法,在人工刺槐林群落稳定性评价中均能得到较好的结果,且结果基本一致可相互验证;影响黄土高原人工刺槐林群落稳定性的主要因素有:生物多样性、乔木和草本层盖度、土壤SOC、土壤有效养分、土壤水分、更新潜力和枯落物量。黄土高原地区人工刺槐林群落稳定性与群落结构组成、土壤养分、更新能力和环境影响几个方面关系密切。群落的变化引起土壤的变化,土壤的变化又能反馈影响群落的更新和稳定性。在这个协同恢复的过程中,土壤水分和有效养分是刺槐自然更新与群落稳定性共同的限制因子;黄土高原人工刺槐林群落相对稳定可维系40年左右,之后衰退明显。