关键带是地球表层最活跃的异质性环境。关键带中水土生态因子的相互作用和空间异质性，决定了维持生命的资源可获得性，支撑着人类社会的福祉和可持续发展。但是当前关键带的研究对大尺度空间异质性的关注不足，成为进一步拓展的重要方向。本文以黄土高原为研究区，建立了关键带类型划分指标体系，在聚类方法的支持下，对关键带类型进行了划分。以关键带分类为框架，应用整合分析、样带调查、数据集成等相结合的方法，定量研究了区域植被恢复与土地利用变化背景下，坡面产水产沙、土壤侵蚀及土壤养分特征的变异规律，主要结果和结论如下：
(1)基于地球关键带理论，建立了包括地多样性（ Geodiversity）、气候、生态系统和社会经济 4个方面24个指标构成的区域关键带类型划分指标体系，应用主成分分析与聚类分析方法，将黄土高原关键带分为8个类型，包括城市关键带、风沙丘陵荒漠-草地关键带、高寒灌丛-草地关键带、山地森林关键带、冲积平原农业关键带、丘陵农业 -草地关键带、丘陵沟壑农林草交错关键带和冲积平原农业-草地关键带。多年平均土壤侵蚀强度存在明显的关键带类型分异，植被覆盖的影响显著。
(2)坡面尺度上，植被恢复对黄土高原水土保持具有明显的正效应，且存在关键带类型差异。灌从和林地在显著保持土壤的同时，也具有较高的水代价，自然草地在平衡径流产生和土壤保持功能方面是最优的类型。植被生态恢复对年径流量减少效应达  72.18%，存在类型差异，即人工草地、自然草地、灌木和林地的年径流量减少效应分别为71.89%、50.60%、73.18%和73.08%；植被生态恢复对年产沙量减少效应达   99.9%。产流产沙的关键带类型分异显著。其中高寒灌丛-草地关键带和冲积平原农业关键带有利于水供给和土壤保持，丘陵沟壑农林草交错关键带和风沙丘陵荒漠 -草地关键带不利于水土保持，山地森林关键带可以有效保持水分，但不利于土壤保持，丘陵沟壑农林草交错关键带比丘陵农业-草地关键带的水土流失更强。土地利用与径流泥沙关联关系的关键带类型分异显著。其中灌木、林地、自然草地在山地森林关键带有利于水土保持；丘陵沟壑农林草交错关键带除了自然草地的水土保持效益较好，人工草地、灌木、林地和撂荒地的水土保持较差，自然草地和人工草地在高寒灌丛-草地关键带有利于径流供给和保持土壤，裸地和耕地在丘陵农业-草地关键带最不利于水土保持。
(3)植被恢复前（土种志）土壤养分的关键带类型分异不显著，而植被恢复后（样带调查）土壤养分的关键带类型分异显著。土地利用类型对土壤养分的关键带类型分异有显著影响。草地的全氮和林地的全钾在关键带类型下具有明显空间分异，海拔较高温度较低的和海拔较低降雨量大的类型如高寒灌丛-草地关键带和山地森林关键带土壤有机碳含量较高，风沙丘陵荒漠-草地关键带的区域土壤有机碳、全氮、全磷和全钾含量都低。植被恢复有利于土壤养分的增加，但是恢复的成效在空间上具有差异，整体来看，丘陵农业 -草地关键带内的土壤养分恢复成效最高，丘陵沟壑农林草交错关键带次之，风沙丘陵荒漠-草地关键带最低。
上述研究对于深化关键带水平空间异质性的科学理解、区域植被生态恢复方式的选择、规划管理、成效评估及区域生态环境综合治理和土地可持续利用具有重要意义。