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退耕还林及其它大规模生态恢复工程的实施为研究退化生态系统恢复过程、机理及环境效应带来了千载难逢的机遇。
本论文以植被-土壤系统为主要研究对象，以联系植被与土壤的关键纽带--凋落物与细根为着力点，以C、N元素从植被库进入土壤库的关键过程为主线，结合景观格局的时空动态、社会经济系统的调查、及相关历史文献数据的综合分析，对秦岭南坡的一个典型山地小流域(金水河流域)进行了系统的研究，探讨了生态系统恢复过程中，生态系统的关键结构、过程的演变。得出以下主要结论：
(1)退耕地植被与土壤特征及演变
植被和生境能够通过自然恢复得到重建，自发恢复的森林表现出物种多样性高、土壤肥力高等特征。耕地转变为林地后，土壤演变呈现多样化的模式，但土壤总氮、总碳一般表现为增加的趋势。巴山木竹(Bashania fargesii)可作为该地区生态系统恢复的指示种。油松(Pinus tabulaeformis)人工林与次生林在物种组成和生境特征方面存在差异，但灌木层(包括乔木幼树在内)物种组成和多样性则与次生林类似，一些演替后期树种的幼苗与幼树在人工林下出现。虽然油松人工林土壤肥力较次生林低，但并没有出现如土壤酸化之类的生境退化特征。本研究为“利用人工林促进演替后期树种定居”这一观点提供了新的证据。
(2)凋落物与细根产量及分解
通过研究次生演替系列与人工林的凋落物与细根的产量、分解及C、N输入，发现地上凋落物的产量与C、N的输入受演替阶段、生态系统类型影响较小。每年通过凋落物输入的总生物量、总碳、总氮与样地年限之间没有显著的关系。次生演替系列样地的死地被物现存量随样地年限的增加而显著增加，生态系统演替过程中死地被物的积累，更主要是由于凋落物分解速率下降所导致。
与地上部分凋落物产量的模式不同，细根的生产力、生物量、活细根生物量均随样地年限增加而升高。通过细根生长每年分配到地下的C、N随样地年限的增加而增加，成熟次生林C的输入显著高于草地、灌丛；而对于N的输入，各类型之间的差异不显著。凋落物和细根的初始碳含量是解释分解速率的主要变量。次生演替过程中，凋落物和细根碳含量的升高，可能导致了分解速率随演替而下降。
因此，生态系统演替与恢复过程中，凋落物与细根产量的变化对输入地下的C、N量的影响并不强烈，而品质与分解速率的变化可能是影响地下C、N积累的主要因素。
(3)凋落物丰富度及组成对其分解的影响
本研究涉及的13种凋落物存在较弱的混合效应，而且不同分解阶段的效应不同：分解前期总体上是弱的负效应，分解后期总体上是弱的正效应。凋落物物种丰富度的增加，在分解较早阶段能显著降低凋落物分解的变异性，但总体上对于分解速率没有显著影响，不过物种组成对混合凋落物的分解存在影响。
(4)退耕地土壤碳氮变化
耕地转换成林地后，0～20cm深度土壤有机碳储量可以通过土地利用变化前土壤有机碳储量、样地年限等参数来估算。退耕4～5年后土壤才开始积累有机碳，不同地区土壤有机碳积累速度变异极大。由耕地转变为林地的过程中，土壤可利用氮的组成由NO3-N为主转为以NH4-N为主。土地利用对土壤净氮矿化速率、硝化速率、反硝化潜力有显著的影响。在弃耕地恢复过程中，净氮矿化速率随演替呈增加的趋势；硝化速率则表现为先升高、后降低的变化趋势。土壤反硝化潜力随植被演替的变化可能主要是由于在生态系统恢复过程中土壤总氮与有机质的增加、pH值的下降所导致。
(5)生态恢复工程对流域生态恢复的影响
保护区的建立(1979年)、退耕还林工程的实施(1999年)，有效地保护了已有的森林，并且新增加了森林面积，促进了植被的恢复与当地经济的发展。上游、中游居民对于对生态环境的变化总体上呈现正面感知，下游居民对生态环境的变化总体上呈现负面感知。通过对金水河小流域自然系统与社会经济系统的综合分析，提出了一个基于自然系统一社会经济系统反馈的生态退化与恢复的概念模型。金水河小流域生态恢复的成功，为克服生态需求与人类需求之间的障碍提供了值得借鉴的范例。