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本研究依托山西吉县森林生态系统国家野外观测研究站,对该站长期固定观测生物样地进行第三次全面调查观测分析,在刺槐(Robinia pseudoacacia)人工林、油松(Pinus tabuliformis)人工林、山杨(Populus davidiana)与辽东栋(Quercus wutaishanica)混交天然次生林等四个典型林分进行了为期三个月的外业调查以及四个月的内业分析,通过样地调查、标准木解析、土壤及植物元素分析等工作,分析了林分生物量、林分元素含量、林分元素积累、林木养分特征,以及林分的含碳率、碳储量等,研究结果如下:(1)林分生物量:刺槐Ⅰ、刺槐Ⅱ、油松、次生林的林分总生物量分别为129.08 t·hm-2、111.92 t·hm-2、141.37 t·hm-2、76.52 t·hm-2。各林分乔木层的生物量占林分总生物量比例均高于55.00%,其中次生林乔木层生物量占林分总生物量比例最小,仅为55.59%,人工林乔木层占林分总生物量比例均高于75.00%,刺槐Ⅰ乔木层生物量占林分总生物量比例可达85.29%。次生林灌木层生物量占林分总生物量比例为20.45%,人工林灌木层生物量占林分总生物量的5.20%～6.20%。草本层的生物量占林分总生物量的比例不足6.00%。枯落物层的生物量占林分总生物量的比例在6.80%～18.80%之间。(2)林分含碳率:各林分植被层中,油松林乔木层含碳率为49.81%,比其它林分乔木层含碳率均高,灌木层含碳率为44.17%,草本层含碳率为39.45%。刺槐Ⅰ、刺槐Ⅱ、次生林乔木层含碳率分别为46.64%、46.27%、46.67%,灌木层含碳率分别为43.72%、53.04%、47.27%,草本层含碳率分别为47.04%、40.46%、42.36%。各林分枯落物层含碳率在16.02%～35.13%之间,土壤层含碳率在1.49%～2.01%之间。(3)林分碳储量:刺槐Ⅰ、刺槐Ⅱ、油松、次生林植被层碳储量分别为55.90 t·hm-2、45.08 t·hm-2、58.72 t·hm-2、19.85 t·hm-2,其中乔木层碳储量分别占植被层总碳储量的91.85%、89.96%、93.23%、68.67%;枯落物层碳储量分别为1.57 t·hm-2、2.41 t·hm-2、4.77 t·hm-2、3.22 t·hm-2;土壤层碳储量分别为 229.70 t·hm-2、249.22 t·hm-2、234.75 t·hm-2、207.46 t·hm-2。(4)林分养分含量及其分配(N、P、K、Ca、Mg等大量元素与Fe、Mn、Zn、Cu、Cd、Ni等微量元素):各林分植被中养分元素含量最低的为油松乔木层,仅为12.64 g.kg-1,其中大量元素含量为11.57 g·kg-1,微量元素含量为1069.86 mg· kg-1。养分含量最高的为刺槐Ⅰ草本层,养分含量为71.70 g.kg-1,其中大量元素含量为68.89 g·kg-1,微量元素含量为2809.87 mg·kg-1。各林分枯落物层养分含量在32.99g.kg-1～55.72g·kg-1之间,其中微量元素含量普遍较高,占枯落物养分含量的比例在28.76%～29.77%之间。各林分土壤层养分含量在101.86g.kg-1～116.98g.kg-1,其中N、P、K元素含量随土壤深度的加深而减小。(5)林分营养元素积累量及其分配(N、P、K、Ca、Mg等大量元素与Fe、Mn、Zn、Cu、Cd、Ni等微量元素):刺槐Ⅰ、刺槐Ⅱ、油松、次生林乔木层营养元素积累量分别为 3267.44 kg·hm-2、2250.57 kg·hm-2、1490.46 kg·hm-2、744.28 kg·hm-2,其中大量元素积累量分别占总元素积累量的97.96%、97.87%、91.54%、96.22%;微量元素的积累量分别占总元素积累量的2.04%、2.13%、8.46%、3.78%。各林分灌木层、草本层、枯落物层营养元素积累量分别在225.75 kg·hm-2～455.39 kg·hm-2、94.80 kg·hm-2～207.23 kg·hm-2、477.61 kg·hm-2～838.03 kg·hm-2之间。(6)林分林木养分特征(N、P、K、Ca、Mg等大量元素与Fe、Mn、Zn、Cu、Cd、Ni等微量元素):近5年来各林分林木养分存留量为:刺槐Ⅰ 248.19 kg·m-2·a-1>刺槐 Ⅱ 120.41 kg·hm-2.a-1,油松 67.96 kg·hm-2·a-1,次生林 55.93 kg·hm-2·a-1。林分的养分利用率大小为油松>次生林>刺槐Ⅱ>刺槐Ⅰ。其中油松生产1t干物质需要11.57kg大量元素,次生林山杨生产1t干物质需要16.60kg大量元素,次生林辽东栎生产1t干物质需要19.38kg大量元素,刺槐Ⅱ生产1t干物质需要25.13kg大量元素,刺槐Ⅰ生产1t干物质需要29.07kg大量元素。