砒砂岩区生态环境恶劣,水土流失极为严重,人工林生态修复是改良该区生态环境的重要措施。为探讨砒砂岩区不同林龄油松林生态特征(植被多样性、土壤持水、保肥性能)的变化规律及影响因素,以空间替代时间的方法,选取合同沟小流域5a、10a、15a和20a油松林为研究对象,以自然草地为对照,通过野外生物学调查、土壤采集与室内测试,研究林龄对生物多样性、土壤持水保肥性能和土壤PSD特征的影响,并结合分形理论探讨土壤PSD和土壤持水保肥性能的分布特征及相互关系,揭示不同林龄油松林植被恢复和土壤改良效应的差异及影响机制,结果表明:(1)砒砂岩区不同林龄油松林林下草本植被密度、根系干重、林下草本α多样性指标均优于自然草地,随林龄增加植株密度整体呈上升趋势,在5a~10a阶段各项指数增长幅度在所有生长阶段中均为最高,是油松林林下植被恢复和演替最快速的阶段。随林龄增加林下植被演替序列变化明显,植被演替方向为从禾本科—豆科—藜科植物并存,到禾本科—豆科—菊科植物并存,最终发展为禾本科—豆科并存的群落配置,其伴生物种经历了由藜科→菊科→豆科的演替过程。(2)随林龄的增加,油松林土壤的中、细砂粒区间颗粒逐渐细化转移到粉粒区间。不同林龄对土壤PSD的影响有一定差异,油松PSD分布范围、离散程度和土壤细化程度均高于自然草地,并整体呈随林龄增加而增加的趋势(Δα均值随林龄增加呈波浪式增长)。随土层深度增加,不同林龄油松林土壤粒径分布特征及分形参数变化规律各异。(3)油松林可以明显提高土壤的持水性能和养分含量,除5a生油松林饱和导水率低于自然草地外,其余油松林土壤持水性能均高于自然草地,在各持水性能指标中油松林对土壤饱和导水率的提升作用最大,5a和20a油松林表层土壤的持水性能优于深层土壤,10a、15a油松林与之相反。随林龄增加土壤碳、氮含量及储量明显增加,5a和10a生油松林土壤碳、氮含量及储量低于自然草地,15a、20a油松林与之相反。5a、10a和15a生油松林表层土壤碳、氮积累低于底层土壤,自然草地和20a油松林与之相反。(4)容重、田间持水量、饱和导水率和碳、氮含量及储量与土壤PSD分布特征及分形参数均表现出较好的相关性,土壤有机质含量与容重、田间持水量和饱和导水率是影响土壤持水性能的最主要因素。黏粒和粉粒是决定本地区土壤持水性能及养分含量的细粒土壤,中细砂粒是决定本地区土壤持水性能及养分含量的粗粒土壤。